Procédé de contrôle d'un élément comprenant au moins deux couches dont une couche fissile et dispositif correspondant A method of controlling an element comprising at least two layers including a fissile layer and corresponding device
La présente invention concerne un procédé de contrôle d'un élément du type comprenant un empilement d'au moins deux couches, l'une au moins des couches comprenant un matériau fissile.The present invention relates to a method for controlling an element of the type comprising a stack of at least two layers, at least one of the layers comprising a fissile material.
L'invention s'applique en particulier, mais pas exclusivement, au contrôle de cibles uranifères destinées à la production d'isotopes par irradiation de la cible. Ces isotopes sont ensuite utilisés par exemple dans le domaine médical. Une telle cible est décrite dans le document US-5 615 238.The invention applies in particular, but not exclusively, to the control of uranium targets for the production of isotopes by irradiation of the target. These isotopes are then used for example in the medical field. Such a target is described in US-5,615,238.
Cette cible comprend une feuille d'uranium faiblement enrichi formant la couche de matériau fissile.This target comprises a low enriched uranium sheet forming the layer of fissile material.
Cette feuille est insérée entre deux tubes métalliques, par exemple en aluminium. Une telle cible comprend donc sur sa section courante un empilement d'une couche d'aluminium, d'une couche d'uranium faiblement enrichi, et d'une autre couche d'aluminium.This sheet is inserted between two metal tubes, for example aluminum. Such a target therefore comprises on its current section a stack of an aluminum layer, a low enriched uranium layer, and another layer of aluminum.
La feuille d'uranium ne s'étend pas jusqu'aux extrémités de la cible où les tubes d'aluminium sont donc en contact l'un avec l'autre.The uranium sheet does not extend to the ends of the target where the aluminum tubes are in contact with each other.
La feuille d'uranium et les tubes intérieurs et extérieurs doivent être en contact intime à leurs interfaces. En d'autres termes, les lames d'air présentes aux interfaces entre les couches, du fait notamment de la rugosité des surfaces des couches, doivent être suffisamment minces. Ceci a pour but de garantir une bonne évacuation de la chaleur produite dans la feuille d'uranium lors de l'irradiation de la cible. Ainsi, on évite une élévation de température incontrôlée dans la cible. De même, les tubes doivent être en contact intime aux extrémités de la cible.Uranium foil and inner and outer tubes must be in intimate contact at their interfaces. In other words, the air gaps present at the interfaces between the layers, in particular because of the roughness of the surfaces of the layers, must be sufficiently thin. This is to ensure good evacuation of the heat produced in the uranium sheet during irradiation of the target. Thus, an uncontrolled rise in temperature in the target is avoided. Similarly, the tubes must be in intimate contact at the ends of the target.
Pour contrôler que ces contraintes sont bien respectées, on examine des coupes métallographiques des cibles afin de mesurer l'épaisseur des lames d'air présentes aux interfaces. Un tel contrôle présente de nombreux inconvénients.To verify that these constraints are met, metallographic sections of the targets are examined in order to measure the thickness of the air gaps present at the interfaces. Such a control has many disadvantages.
Tout d'abord, il s'agit d'un contrôle destructif.First of all, it is a destructive control.
De plus, la découpe des cibles impose des contraintes de sécurité et de sûreté importantes, car elle peut entraîner la production de poudre d'uranium.
Ensuite, il faut gérer les déchets uranifères des cibles contrôlées.In addition, cutting targets imposes significant safety and security constraints, as it can lead to the production of uranium powder. Then, it is necessary to manage the uraniferous waste of the controlled targets.
Par ailleurs, l'analyse des coupes métallographiques, et en particulier la mesure des épaisseurs des lames d'air aux interfaces, est très sensible aux conditions de découpe des cibles. Ainsi, un tel procédé s'avère peu fiable et présente une forte incertitude.Moreover, the analysis of the metallographic sections, and in particular the measurement of the thicknesses of the air gaps at the interfaces, is very sensitive to the conditions of cutting of the targets. Thus, such a method proves unreliable and presents a high degree of uncertainty.
Cette technique d'inspection destructive ne peut en outre être conduite que sur un prélèvement statistique des éléments produits.This destructive inspection technique can only be carried out on a statistical sampling of the elements produced.
Enfin, un tel contrôle ne peut être opéré qu'à froid et non pas dans des conditions qui peuvent être représentatives de la température atteinte lors de l'irradiation de la cible.Finally, such a control can be operated only cold and not under conditions that can be representative of the temperature reached during irradiation of the target.
Ce manque de fiabilité et de précision implique de prendre des marges de sécurité très importantes lors des calculs thermohydrauliques nécessaires à l'élaboration du dossier de sûreté pour l'irradiation des cibles. Les conditions d'irradiation future de la cible peuvent être influencées par ce manque de précision.This lack of reliability and precision involves taking very large safety margins during the thermohydraulic calculations necessary for the development of the safety case for target irradiation. The conditions of future irradiation of the target may be influenced by this lack of precision.
Ceci peut conduire, au niveau des fabrications, à la mise en place de critères sévères difficilement atteignables.This can lead, at the level of manufacture, to the implementation of severe criteria difficult to achieve.
L'invention a pour but de fournir un procédé de contrôle qui permette de contrôler plus simplement de manière plus fiable et industrielle, que les couches empilées d'un élément du type précité sont en contact intime à leurs interfaces.The object of the invention is to provide a control method which makes it possible more simply to control more reliably and industrially that the stacked layers of an element of the aforementioned type are in intimate contact at their interfaces.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contrôle d'un élément du type comprenant un empilement d'au moins deux couches, l'une au moins des couches comprenant un matériau fissile, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape de détermination de la résistance thermique d'au moins une interface entre deux couches de l'élément.For this purpose, the subject of the invention is a method for controlling an element of the type comprising a stack of at least two layers, at least one of the layers comprising a fissile material, characterized in that the method comprises a step of determining the thermal resistance of at least one interface between two layers of the element.
Selon des modes particuliers de réalisation, le procédé peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - l'étape de détermination est effectuée grâce à des moyens informatiques de détermination,According to particular embodiments, the method may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination: the determination step is performed by means of computer determination means,
- il comprend des étapes de :
- application d'une sollicitation thermique sur une première face de l'élément, et- it includes steps of: - application of a thermal stress on a first face of the element, and
- mesure de l'évolution de la température sur une deuxième face de l'élément, - la sollicitation thermique est sensiblement une impulsion de Dirac,measurement of the evolution of the temperature on a second face of the element, the thermal stress is substantially a pulse of Dirac,
- le procédé comprend une étape de comparaison de la résistance thermique déterminée ou d'une grandeur représentative de la résistance thermique déterminée avec une valeur seuil pour rendre un verdict sur la conformité de l'élément. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en œuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détermination de la résistance thermique d'au moins une interface entre deux couches de l'élément.- The method comprises a step of comparing the determined thermal resistance or a magnitude representative of the determined thermal resistance with a threshold value to make a verdict on the compliance of the element. The invention also relates to a device for implementing a method as defined above, characterized in that it comprises means for determining the thermal resistance of at least one interface between two layers of item.
Selon des modes particuliers de réalisation, le dispositif peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :According to particular embodiments, the device may comprise one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
- les moyens de détermination sont des moyens informatiques de détermination,the determination means are computer means of determination,
- il comprend des moyens d'application d'une sollicitation thermique sur la première face de l'élément et des moyens de mesure de l'évolution de la température sur la deuxième face de l'élément,it comprises means for applying a thermal load on the first face of the element and means for measuring the evolution of the temperature on the second face of the element,
- les moyens d'application de la sollicitation thermique sont adaptés pour produire une sollicitation thermique sensiblement sous la forme d'une impulsion de Dirac, - il comprend des moyens de comparaison de la résistance thermique déterminée ou d'une grandeur représentative de la résistance thermique déterminée avec une valeur seuil pour rendre un verdict sur la conformité de l'élément.the means for applying the thermal load are adapted to produce a thermal load substantially in the form of a Dirac pulse; it comprises means for comparing the determined thermal resistance or a magnitude representative of the thermal resistance; determined with a threshold value to make a verdict on the conformity of the element.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique, en perspective et partiellement arrachée, d'une cible uranifère sur laquelle le procédé de contrôle selon l'invention peut être mis en oeuvre,The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example, and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a diagrammatic view, in perspective and partially cut away, of a uranium target on which the control method according to the invention can be implemented,
- la figure 2 est une section transversale schématique de la cible prise suivant le plan M-Il de la figure 1 ,FIG. 2 is a schematic transverse section of the target taken along the plane M-II of FIG. 1;
- la figure 3 est une vue schématique illustrant un dispositif de contrôle selon l'invention sur lequel la cible de la figure 1 est montée,FIG. 3 is a schematic view illustrating a control device according to the invention on which the target of FIG. 1 is mounted,
- la figure 4 est une vue schématique en perspective et agrandie d'une partie du dispositif de la figure 3, et - la figure 5 est un diagramme illustrant l'évolution des températures mesurée et calculée par le dispositif de contrôle de la figure 3.FIG. 4 is a schematic perspective and enlarged view of part of the device of FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram illustrating the evolution of the temperatures measured and calculated by the control device of FIG. 3.
La figure 1 illustre une cible uranifère 1 pour la production d'isotopes radioactifs, par exemple pour une utilisation dans le domaine médical.Figure 1 illustrates a uranium target 1 for the production of radioactive isotopes, for example for use in the medical field.
Cette cible 1 sensiblement cylindrique comprend : - un tube intérieur 3 métallique, par exemple en aluminium,This substantially cylindrical target 1 comprises: an inner tube 3 made of metal, for example aluminum,
- deux feuilles d'uranium 5 disposées autour du tube intérieur 3, cha¬ cune de ces feuilles 5 s'étendant sur un angle d'environ 180° autour de l'axe longitudinal A de la cible 1 , ettwo uranium sheets 5 arranged around the inner tube 3, each of these sheets extending over an angle of about 180 ° around the longitudinal axis A of the target 1, and
- un tube extérieur 7 en aluminium. Le tube intérieur 3 présente un rebord 8 en saillie radiale à chacune de ces extrémités. Ces deux rebords 8 délimitent un logement dans lequel les feuilles 5 sont disposées.an outer tube 7 made of aluminum. The inner tube 3 has a flange 8 projecting radially at each of these ends. These two flanges 8 delimit a housing in which the sheets 5 are arranged.
On observera que la couche fissile formée par les feuilles 5 est discontinue, puisqu'un espace angulaire 9 (figure 2) est prévu entre les bords longitudinaux 10 en regard des feuilles 5. Les tubes 3 et 7 ont par exemple des épaisseurs d'environ 3 mm.It will be observed that the fissile layer formed by the sheets 5 is discontinuous, since an angular space 9 (FIG. 2) is provided between the longitudinal edges 10 facing the sheets 5. The tubes 3 and 7 have, for example, thicknesses of approximately 3 mm.
Les feuilles 5 ont par exemple une épaisseur de 125 μm. Afin d'éviter l'interaction entre les feuilles d'uranium 5 et les tubes 3 et 7, les feuilles 5 sont enveloppées individuellement dans des fines feuilles de Nickel, par exemple de 15 μm d'épaisseur.The sheets 5 have for example a thickness of 125 microns. In order to avoid the interaction between the uranium sheets 5 and the tubes 3 and 7, the sheets 5 are individually wrapped in thin sheets of nickel, for example 15 μm thick.
Ainsi, pour chaque feuille d'uranium 5, une première partie 11 de la feuille de Nickel correspondante est intercalée entre le tube intérieur 3 et la
feuille 5, et une deuxième partie 13 de la feuille de Nickel est disposée entre la feuille 5 et le tube extérieur 7.Thus, for each sheet of uranium 5, a first portion 11 of the corresponding nickel sheet is interposed between the inner tube 3 and the 5, and a second portion 13 of the nickel sheet is disposed between the sheet 5 and the outer tube 7.
Pour réaliser la cible 1 , les feuilles 5, préalablement enveloppées dans leurs feuilles de Nickel, ont été introduites entre les rebords 8 du tube intérieur 3. Le tube intérieur 3 a ensuite été introduit dans le tube 7.To achieve the target 1, the sheets 5, previously wrapped in their nickel sheets, were introduced between the flanges 8 of the inner tube 3. The inner tube 3 was then introduced into the tube 7.
Un outil a alors été inséré dans le tube intérieur 3 pour déformer plastiquement à froid à la fois le tube intérieur 3 et élastiquement le tube extérieur 7, puis les extrémités des tubes 3 et 7 ont été soudées.A tool was then inserted into the inner tube 3 to cold plastically deform both the inner tube 3 and elastically the outer tube 7, then the ends of the tubes 3 and 7 were welded.
La déformation plastique du tube 3 et la déformation élastique du tube 7 permettent de garantir d'une part que les feuilles d'uranium 5, les parties 11 et 13 des feuilles de Nickel, et les deux couches constituées par les tubes 3 et 7 sont en contact intimes au niveau de leurs interfaces, et d'autre part que les tubes 3 et 7 sont en contact intime au droit des rebords 8, c'est-à-dire aux extrémités longitudinales de la cible 1. Afin de s'assurer que les lames d'air présentent aux interfaces entre les feuilles 5, les parties 11 et 13 des feuilles de Nickel, et les tubes 3 et 7 sont effectivement de faible épaisseur, c'est-à-dire qu'il existe un contact suffisamment intime entre les feuilles 5, les parties 11 et 13 et les tubes 3 et 7, on utilise le dispositif de contrôle 15 illustré par la figure 3. Ce dispositif de contrôle 15 comprend :The plastic deformation of the tube 3 and the elastic deformation of the tube 7 ensure on the one hand that the uranium sheets 5, the parts 11 and 13 of the nickel sheets, and the two layers formed by the tubes 3 and 7 are in intimate contact at their interfaces, and secondly that the tubes 3 and 7 are in close contact with the rims 8, that is to say at the longitudinal ends of the target 1. To ensure that the blades of air present at the interfaces between the sheets 5, the parts 11 and 13 of the nickel sheets, and the tubes 3 and 7 are effectively thin, that is to say that there is a sufficient contact between the sheets 5, the parts 11 and 13 and the tubes 3 and 7, the control device 15 illustrated in FIG. 3 is used. This control device 15 comprises:
- des moyens 17 de production d'une sollicitation thermique sur la face intérieure 19 (fig. 1) de la cible 1 ,means 17 for producing a thermal load on the inner face 19 (FIG 1) of the target 1,
- des moyens 21 (fig. 4) de mesure de température sur la face extérieure 23 (fig. 1) de la cible 1 , et - des moyens 25 de détermination des résistances thermiques R des interfaces entre les différentes couches de la cible 1.means 21 (FIG 4) for measuring the temperature on the outer face 23 (FIG 1) of the target 1, and 25 for determining the thermal resistances R of the interfaces between the different layers of the target 1.
Le dispositif 15 comprend également une base 27 prolongée vers le haut par un pied 29 supportant une plaque 31.The device 15 also comprises a base 27 extended upwards by a foot 29 supporting a plate 31.
Les moyens 17 de production d'une sollicitation thermique comprennent un dispositif électroluminescent tel qu'une lampe flash.The means 17 for producing a thermal load comprise an electroluminescent device such as a flash lamp.
Cette lampe flash 17 comprend un tube enserré entre deux tronçons 33 de raccordement électrique. Les tronçons 33 sont espacés l'un de l'autre et alignés. Ils sont portés par la plaque 31.
Comme on le voit sur la figure 4, les extrémités en regard des tronçons 33 sont munies de bagues 35 de positionnement et de maintien de la cible 1.This flash lamp 17 comprises a tube sandwiched between two sections 33 of electrical connection. The sections 33 are spaced from one another and aligned. They are carried by the plate 31. As can be seen in FIG. 4, the ends facing the sections 33 are provided with rings 35 for positioning and holding the target 1.
Lorsque la cible 1 est montée sur le dispositif de contrôle 15, comme cela est illustré par la figure 4, la cible 1 relie entre les deux tronçons 33 et elle est maintenue dans cette position par les bagues 35. la cible 1 entoure alors la lampe flash 17.When the target 1 is mounted on the control device 15, as illustrated in FIG. 4, the target 1 connects between the two sections 33 and is held in this position by the rings 35. the target 1 then surrounds the lamp flash 17.
Les bagues 35 sont mobiles par rapport aux tronçons 33 et peuvent plus précisément coulisser le long des tronçons 33 et tourner autour des tronçons 33.The rings 35 are movable relative to the sections 33 and can more precisely slide along the sections 33 and turn around the sections 33.
La lampe flash 17 est reliée, via les tronçons 33, à une source 37 d'alimentation électrique, qui est par exemple elle-même reliée au réseau électrique local.The flash lamp 17 is connected, via the sections 33, to a source 37 of power supply, which is for example itself connected to the local electrical network.
La lampe flash 17 est adaptée pour produire des impulsions thermiques du type Dirac, c'est-à-dire qu'elle produit des décharges énergétiques quasi instantanées.The flash lamp 17 is adapted to produce thermal pulses of the Dirac type, that is to say that it produces almost instantaneous energy discharges.
Les moyens 21 de mesure de la température comprennent un thermocouple qui est disposé dans une ouverture 39 ménagée dans la plaque 31 entre les deux extrémités en regard des tronçons 33. Le pied 29 comprend des moyens 30 de déplacement du thermocouple 21 afin de l'appliquer localement contre la face extérieure 23 de la cible 1.The means 21 for measuring the temperature comprise a thermocouple which is disposed in an opening 39 formed in the plate 31 between the two ends facing the sections 33. The foot 29 comprises means 30 for moving the thermocouple 21 in order to apply it locally against the outer face 23 of the target 1.
Ces moyens 30 de déplacement ont été représentés schématiquement sur la figure 3. Grâce à la possibilité de déplacement des bagues 35, il est possible de modifier le point de contact de la face extérieure 23 de la cible 1 où la température est mesurée.These displacement means 30 are shown diagrammatically in FIG. 3. Thanks to the possibility of displacement of the rings 35, it is possible to modify the point of contact of the outer face 23 of the target 1 where the temperature is measured.
Le thermocouple 21 est relié aux moyens 25 de détermination qui sont formés par exemple par un ordinateur qui comprend lui-même un ou plusieurs processeurs, des moyens de stockage, des moyens d'entrée et de sortie et éventuellement des moyens d'affichage.The thermocouple 21 is connected to the determination means 25 which are formed for example by a computer which itself comprises one or more processors, storage means, input and output means and possibly display means.
Dans l'exemple représenté, il s'agit d'un micro-ordinateur 25 qui comprend notamment un écran 41 , une unité centrale 43 et un clavier 45.
Cet ordinateur 25 est en outre relié à la source d'alimentation 37 de la lampe flash 17 afin de commander son fonctionnement, c'est-à-dire la production d'impulsions thermiques de type Dirac.In the example shown, it is a microcomputer 25 which comprises in particular a screen 41, a central unit 43 and a keyboard 45. This computer 25 is further connected to the power source 37 of the flashlamp 17 to control its operation, i.e. the production of Dirac-type thermal pulses.
On peut modéliser l'évolution de la température dans un élément comprenant plusieurs couches empilées et soumis à une telle impulsion thermique.The evolution of the temperature can be modeled in an element comprising several layers stacked and subjected to such a thermal pulse.
Une telle modélisation est décrite dans l'article « Diffusion in composite layers with automatic solutions of the eigenvalue problem » de M. D. Mikhailov, M. N. Ôzisik et N. L. Vulchanov paru dans "International Journal of Heat and Mass Transfert" de 1983, volume 26, n°8, pages 1131 à 1141.Such modeling is described in the article "Diffusion in composite layers with automatic solutions of the eigenvalue problem" by MD Mikhailov, MN Ozisik and NL Vulchanov published in "International Journal of Heat and Mass Transfer" of 1983, volume 26, No. 8, pages 1131-1141.
Pour un élément unidimensionnel (variation de la température uniquement suivant l'épaisseur), la température vaut à l'épaisseur x et au temps t :For a one-dimensional element (variation of the temperature only according to the thickness), the temperature is worth at the thickness x and the time t:
Tk (x,t) = AT /ON Xk (βn, x) e- n (1) Avec pour un élément constitué de m couches : m * f(βn) = ∑ Pk Cpk J Fk (x)Xk (βn X)dX (2) k=l xk-1 xk N(βn) = ∑ Pk Cpk 1 ^ (βn,X)dX (3)T k (x, t) = AT / ON X k (β n , x) e- n (1) With an element consisting of m layers: m * f (βn) = Σ Pk Cp k JF k (x) X k (βn X) dX (2) k = l xk-1 xk N (β n ) = Σ Pk Cpk 1 ^ (βn, X) dX (3)
Xt (Pn, X)= A,, (M "" shm[w" ( k X n ke Tkj )]+At(βn) άnK sin'^[wk n ~ekγj K Wk,n .£ Ja.k (4)X t (P n , X) = A ,, (M "" shm [w " ( k X n k e T k j )] + A t (β n ) άnK sin '^ [w kn ~ e k γj KW k , n . £ Ja. k (4)
Les valeurs des fonctions propres An et des racines βn sont les solutions d'une équation transcendantale qui peut être résolue par la méthode duThe values of the eigenfunctions A n and of the roots β n are the solutions of a transcendental equation that can be solved by the method of
« Sign-Count ». Ces solutions sont fonction des résistances thermiques R des interfaces et du coefficient d'échange h entre les faces de l'élément et l'atmosphère extérieure."Sign-Count". These solutions are a function of the thermal resistances R of the interfaces and the exchange coefficient h between the faces of the element and the external atmosphere.
La température calculée est donc fonction des paramètres suivants : λn : conductivité thermique de la couche n, p Cpn : chaleur volumique de la couche n en : épaisseur de la couche n, comprise entre les abscisses xn-i et Xn, Rn : Résistance thermique de l'interface entre la couche n et la couche
n+1 , h : coefficient d'échange avec l'extérieur.The calculated temperature is thus a function of the following parameters: λ n : thermal conductivity of the n-layer, p Cp n : heat density of the n- layer: thickness of the n-layer, between the abscissa x n- i and X n , R n : Thermal resistance of the interface between the n layer and the layer n + 1, h: exchange coefficient with the outside.
Si on considère que l'impulsion d'énergie arrive sur la couche m, alors le thermogramme en x=0 s'écrit :If we consider that the energy pulse arrives on the layer m, then the thermogram in x = 0 is written:
L'équation (5) montre que la température est directement proportionnelle à l'énergie Q fournie par la lampe flash 17. Il est donc possible de travailler avec des thermogrammes normes :Equation (5) shows that the temperature is directly proportional to the energy Q provided by the flash lamp 17. It is therefore possible to work with standard thermograms:
L'avantage d'utiliser les températures normées T* est qu'il n'est plus nécessaire de connaître l'énergie de l'impulsion thermique ni la précision du thermocouple 21 utilisé. The advantage of using the normalized temperatures T * is that it is no longer necessary to know the energy of the thermal pulse or the accuracy of the thermocouple 21 used.
Dans l'exemple considéré, on peut modéliser la cible 1 comme étant un élément unidimensionnel comprenant d'un empilement de trois couches, à savoir respectivement le tube intérieur 3, les feuilles d'uranium 5 et le tube extérieur 7.In the example considered, the target 1 can be modeled as a one-dimensional element comprising a stack of three layers, namely respectively the inner tube 3, the uranium sheets 5 and the outer tube 7.
Pour évaluer l'intimité du contact aux interfaces entre les feuilles 5 et les tubes 3 et 7, le dispositif 25 détermine les résistances thermiques R réelles à ces interfaces. Pour cela, le dispositif de contrôle 25 détermine, grâce au thermocouple 21 , le thermogramme, c'est-à-dire l'évolution dans le temps, de la température normée réelle sur la face extérieure 23 de la cible 1 suite à la production d'une impulsion thermique sur la face intérieure 19 de la cible 1. Un tel thermogramme correspond à la courbe 47 sur la figure 5. Ensuite, le dispositif 25 minimise, au sens des moindres carrés, l'écartTo evaluate the intimacy of the contact at the interfaces between the sheets 5 and the tubes 3 and 7, the device 25 determines the actual thermal resistances R at these interfaces. For this, the control device 25 determines, thanks to the thermocouple 21, the thermogram, that is to say the evolution over time, of the actual normal temperature on the outer face 23 of the target 1 following the production a thermal pulse on the inner face 19 of the target 1. Such a thermogram corresponds to the curve 47 in Figure 5. Next, the device 25 minimizes, in the least squares sense, the gap
F entre la température normée mesurée Tm * et une température normée calculée T* :F between the measured normal temperature T m * and a calculated normal temperature T *:
F = ∑ [τmi*-Ti*(Rn,h,en,λn,pCpn)]2 F = Σ [τmi * -Ti * (R n , h, e n , λ n , pCp n )] 2
Où n est le nombre d'instants où les températures sont comparées (entre 1000 et 3000 instants).
Un algorithme classique recherche alors les valeurs du coefficient d'échange h et des résistances thermiques R aux interfaces à partir de valeurs initiales. A chaque itération h et R prennent une nouvelle valeur avec h=h+Δh, et R=R.+ ΔRWhere n is the number of times the temperatures are compared (between 1000 and 3000 instants). A classical algorithm then looks for the values of the exchange coefficient h and the thermal resistances R at the interfaces from initial values. At each iteration h and R take a new value with h = h + Δh, and R = R. + ΔR
Les itérations sont arrêtées lorsque l'incrément ΔR est inférieur à 10"7m2.K/W pour toutes les résistances et lorsque l'incrément Δh est inférieur à 1 W/m2.K pour le coefficient d'échange. C'est la précision du calcul.The iterations are stopped when the increment ΔR is less than 10 "7 m 2 .K / W for all the resistors and when the increment Δh is less than 1 W / m 2 .K for the exchange coefficient. is the precision of the calculation.
La courbe 49 sur la figure 5 correspond au thermogramme calculé pour la valeur des résistances thermiques R aux deux interfaces qui permettent la meilleure coïncidence avec le thermogramme mesuré 47.The curve 49 in FIG. 5 corresponds to the thermogram calculated for the value of the thermal resistances R at the two interfaces which allow the best coincidence with the measured thermogram 47.
On notera que cette détermination est faite en supposant que les résistances R sont les mêmes aux deux interfaces.Note that this determination is made assuming that the resistors R are the same at both interfaces.
La courbe 51 de la figure 5 correspond à la différence entre la courbe 49 et la courbe 47. On peut constater que la courbe 51 est bien centrée sur l'ordonnée 0, sauf pour les premiers instants.Curve 51 in FIG. 5 corresponds to the difference between curve 49 and curve 47. It can be seen that curve 51 is centered on ordinate 0, except for the first moments.
Cette mauvaise coïncidence à l'origine entre les courbes 47 et 49 est due au fait que l'impulsion thermique produite par la lampe flash 17 n'est pas un Dirac parfait, mais a une durée d'environ 5 ms. Cette mauvaise coïncidence est également due à un problème de convergence du calcul pour obtenir le thermogramme 49 dans les premiers instants. On peut également envisager une erreur de mesure du fait de perturbations électromagnétiques engendrées par la décharge électrique produisant l'impulsion thermique.This poor coincidence originally between the curves 47 and 49 is due to the fact that the thermal pulse produced by the flash lamp 17 is not a perfect Dirac, but has a duration of about 5 ms. This bad coincidence is also due to a problem of convergence of the calculation to obtain the thermogram 49 in the first moments. It is also possible to envisage a measurement error due to electromagnetic disturbances generated by the electrical discharge producing the thermal pulse.
Quoiqu'il en soit, la correspondance entre le thermogramme mesuré 47 et le thermogramme calculé 49 est très satisfaisante.Whatever the case, the correspondence between the measured thermogram 47 and the calculated thermogram 49 is very satisfactory.
Elle permet de déterminer de manière précise les résistances thermiques R aux interfaces entre les feuilles 5 et les tubes 3 et 7, car les thermogrammes utilisés sont très sensibles aux valeurs des résistances thermiques R. Dans l'exemple représenté, ces résistances R sont d'environIt makes it possible to determine accurately the thermal resistances R at the interfaces between the sheets 5 and the tubes 3 and 7, because the thermograms used are very sensitive to the values of the thermal resistances R. In the example shown, these resistors R are about
1 ,13.10 "4 m2.K/W avec une erreur de 0,07. 10 "* m2.K/W.1, 13.10 "4 m 2 .K / W with an error of 0.07 10 " * m 2 .K / W.
Les résistances R dans chacune de ces interfaces correspondent à deux lames d'air de part et d'autre de chacune des parties 11 et 13 des feuilles
de Nickel. Les valeurs déterminées sont très supérieures aux résistances thermiques des parties 11 et 13 seules qui sont de l'ordre de 2,5. 10 "7 m2.K/W.The resistances R in each of these interfaces correspond to two blades of air on each side of each of the parts 11 and 13 of the sheets Nickel. The values determined are much greater than the thermal resistances of parts 11 and 13 alone which are of the order of 2.5. 10 "7 m 2 .K / W.
On peut donc négliger les contributions aux résistances thermiques procurées par les parties 11 et 13 des feuilles de Nickel. Il est alors possible de convertir les résistances thermiques R déterminées en épaisseur de lames d'air ce qui conduit à une épaisseur de 1 ,7 μm pour chaque lame d'air, chaque interface comprenant une lame d'air de part et d'autre de la partie correspondante 11 ou 13 de la feuille de Nickel.We can therefore neglect the contributions to the thermal resistances provided by the parts 11 and 13 of the nickel sheets. It is then possible to convert the thermal resistances R determined in air gap thickness which leads to a thickness of 1, 7 microns for each air space, each interface comprising a blade of air on both sides of the corresponding part 11 or 13 of the nickel sheet.
Ainsi, la cible 1 comprend quatre lames d'air de 1 ,7 μm au droit du point de mesure de la température, point qui est en regard d'une des feuilles 5.Thus, the target 1 comprises four blades of air of 1, 7 microns to the right of the temperature measurement point, which point is opposite one of the sheets 5.
Il est donc possible de déterminer l'intimité du contact entre les couches 3, 5, et 7.It is therefore possible to determine the intimacy of the contact between the layers 3, 5, and 7.
Ensuite, on peut par exemple comparer les épaisseurs cumulées des lames d'air, qui sont représentatives des résistances thermiques R déterminées, avec une valeur seuil prédéterminée pour rendre un verdict sur la conformité de la cible 1 pour ce qui concerne l'intimité du contact aux interfaces entre les feuilles 5 et les tubes 3 et 7.Then, for example, it is possible to compare the cumulative thicknesses of the air gaps, which are representative of the determined thermal resistances R, with a predetermined threshold value to make a verdict on the conformity of the target 1 with respect to the intimacy of the contact. at the interfaces between the sheets 5 and the tubes 3 and 7.
Plutôt que de comparer les épaisseurs des lames d'air à une valeur seuil, on peut comparer la résistance thermique déterminée R avec une valeur seuil prédéterminée afin de rendre le verdict.Rather than comparing the thicknesses of the air blades to a threshold value, the determined thermal resistance R can be compared with a predetermined threshold value in order to render the verdict.
En déplaçant les bagues 35, il est également possible de disposer le thermocouple 21 en regard des extrémités longitudinales de la cible 1 , c'est-à- dire en regard des rebords 8 du tube intérieur 3. On peut alors mesurer la résistance thermique R de l'interface entre les tubes 3 et 7. Ici encore, on a pu constater une très bonne correspondance entre les thermogrammes mesurés et calculés. On a ainsi pu déterminer dans un exemple que la résistance thermique dans cette zone là était de 5,3.10'W.K/W, valeur que l'on peut transformer en épaisseur de lame d'air correspondante.By moving the rings 35, it is also possible to have the thermocouple 21 facing the longitudinal ends of the target 1, that is to say facing the flanges 8 of the inner tube 3. It is then possible to measure the thermal resistance R of the interface between the tubes 3 and 7. Here again, we have seen a very good correspondence between the thermograms measured and calculated. It was thus possible to determine in an example that the thermal resistance in this zone there was 5,3.10 'WK / W, a value which can be converted in thickness corresponding air knife.
On peut également effectuer les mêmes mesures et calculs au droit des espaces 9 situés entre les bords longitudinaux 10 des feuilles 5.The same measurements and calculations can also be performed at the spaces 9 situated between the longitudinal edges 10 of the sheets 5.
Toutefois, les mesures et calculs effectués dans ces zones s'avèrent moins précis, car la chaleur a tendance à être évacuée préférentiellement au
travers des feuilles d'uranium 5 qui ont une meilleure conductivité thermique que les lames d'air présentes dans les espaces 9.However, the measurements and calculations carried out in these zones are less precise, since the heat tends to be evacuated preferentially at through uranium 5 sheets which have better thermal conductivity than the air gaps present in the spaces 9.
Le procédé décrit ci-dessus permet donc de contrôler de manière simple et précise les interfaces entre les différentes couches de la cible 1. En outre, ce procédé est un procédé de contrôle non-destructif, qui peut être mis en œuvre à l'échelle industrielle.The method described above thus makes it possible to control in a simple and precise manner the interfaces between the different layers of the target 1. In addition, this method is a non-destructive control method, which can be implemented at the scale industrial.
En outre, on observera que le procédé de contrôle peut être mis en oeuvre soit à température ambiante, soit à chaud, par exemple pour se rapprocher des conditions d'utilisation de la cible 1. Une telle mesure à chaud, effectuée par exemple à 2000C, permet de réduire les marges d'incertitude et d'effectuer un contrôle encore plus fiable.In addition, it will be observed that the control method can be implemented either at room temperature or at a temperature, for example to approach the conditions of use of the target 1. Such a hot measurement, carried out for example at 200 0 C, reduces uncertainty margins and provides even more reliable control.
On observera également que ce procédé peut fournir soit des épaisseurs de lames d'air, soit des résistances thermiques R des interfaces entre les différentes couches, ces valeurs étant utilisables directement par les logiciels de simulation thermohydrauliques afin de vérifier que les cibles 1 produites satisfont aux contraintes de sûreté. Des grandeurs représentatives des résistances thermiques R, autres que les épaisseurs des lames d'air, peuvent être utilisées pour rendre un verdict sur les cibles 1.It will also be observed that this method can provide either air knife thicknesses or thermal resistances R interfaces between the different layers, these values being used directly by thermohydraulic simulation software to verify that the targets 1 produced satisfy the safety constraints. Quantities representative of the thermal resistances R, other than the thicknesses of the blades of air, can be used to render a verdict on the targets 1.
Plus généralement, le procédé décrit ci-dessus peut être utilisé pour contrôler d'autres éléments 1 que des cibles uranifères, leurs formes pouvant être autres que cylindriques, par exemple planes. De manière générale, un tel élément 1 comprendra au moins deux couches dont l'une comporte un matériau fissile. Il peut par exemple s'agir d'un élément de combustible pour réacteur de recherche. Plus généralement, le procédé déterminera la résistance thermique d'au moins l'interface entre deux couches. Dans certaines variantes, le procédé pourra déterminer la résistance thermique globale de l'élément 1.More generally, the method described above can be used to control other elements 1 than uranium targets, their forms being other than cylindrical, for example planar. In general, such an element 1 will comprise at least two layers, one of which comprises a fissile material. For example, it may be a research reactor fuel element. More generally, the method will determine the thermal resistance of at least the interface between two layers. In certain variants, the method may determine the overall thermal resistance of element 1.
D'autres sollicitations thermiques que des impulsions peuvent également être envisagées.
Other thermal stresses that pulses can also be considered.