WO2015004337A1 - Procédé et dispositif de détection de rayonnements dans un réacteur et procédé de fabrication de ce dispositif - Google Patents

Procédé et dispositif de détection de rayonnements dans un réacteur et procédé de fabrication de ce dispositif Download PDF

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WO2015004337A1
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radiation
detectors
depression
depressions
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Frédèric RODIAC
Guillaume Ritter
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/10—Structural combination of fuel element, control rod, reactor core, or moderator structure with sensitive instruments, e.g. for measuring radioactivity, strain
    • G21C17/108—Measuring reactor flux
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting ionizing radiation in a reactor, to a device for detecting ionizing radiation in a reactor, and to a method of manufacturing this device.
  • the invention is applicable to the detection of energetic radiations (waves and particles), in particular to the detection of neutron or gammas flows, inside a reactor.
  • the invention applies in particular to a pool-type nuclear reactor, in which the fuel is conditioned in sheaths, for example tubular sheaths to form “rods", and in which the core comprises assemblies of several rods which are embedded in a coolant - such as water - contained in the reactor chamber.
  • a coolant - such as water - contained in the reactor chamber.
  • the assemblies allow the circulation of the cooling fluid around the fuel sheaths and are spaced apart by a distance, in other words by a clearance, which allows the vertical handling of the assemblies during the loading and unloading of the reactor core.
  • the invention applies in particular to the determination of the neutron flux power distribution otherwise designated by neutron mapping, inside the core of a nuclear reactor, more particularly inside a research reactor. .
  • An activating detector comprises a material which, when exposed to a neutron flux, is the site of nuclear reactions producing radioactive nuclei.
  • the measurement of the (induced) radioactivity of the exposed material makes it possible to determine the number and / or energy of neutrons that provoked the nuclear reactions.
  • an activating detector may comprise a sheet or wire of a pure material such as gold ( 197 Au isotope) or cobalt (Isotope 59 Co) for example.
  • Performing a neutron mapping requires positioning several detectors in the reactor core, to expose them to neutrons for a fixed period of time. After this exposure, the detectors must be extracted from the core in order to measure their radioactivity resulting from their exposure to a neutron flux, in order to characterize this neutron flux.
  • An object of the invention is to provide a method and a device for detecting nuclear radiation in a reactor, which is (are) improved and / or which remedies (s), in part at least, the deficiencies or disadvantages of known methods and devices for detecting nuclear radiation.
  • An object of the invention is to provide a radiation detection device for positioning radiation detectors securely and accurately between fuel rod assemblies, to prevent the loss of a radiation detector in the reactor, in particular by driving the detector by the coolant circulating in the reactor, and allow easy installation and extraction of the detectors in the reactor.
  • An object of the invention is to provide a method of manufacturing such a device for detecting nuclear radiation.
  • a radiation detection device comprising a plurality of radiation detectors integral with a support common to the detectors; the support comprises at least one plate (plane) which can be positioned opposite one face of an assembly of rods, in particular between two adjacent assemblies of the core of a reactor, which can be inserted into the space separating two adjacent assemblies by a translation of the support, and which can be extracted from the heart by a translation (support) in the opposite direction.
  • At least one of the two main faces of the plate has a plurality of depressions distributed on the surface of the plate and arranged to receive (each) a radiation detector and a holding element for holding the detector considered in the receiving depression; and each holding element is secured to the plate, preferably by crimping, and housed in a depression, so as to avoid inadvertent disconnection of a holding element and / or a detector from the plate.
  • the plate may comprise a plurality of depressions aligned along an axis parallel to the plane of the plate, in particular several depressions aligned and evenly spaced along their alignment axis.
  • the crimping of a holding member and the plate may result from an overlap of the holding member by the material of the plate, in a peripheral portion of the holding member, in particular along a portion at least the contour of the holding element.
  • the contour of the holding element may be provided with a chamfer to facilitate the deformation of the material of the plate surrounding the holding element - and the depression receiving this element - and to facilitate the blocking of the element of maintaining in the depression, and the recovery of the contour of the holding element by this material repulsed.
  • the holding elements may be plate-shaped, in particular in the form of a thin disk, the thickness of the holding elements being preferably less than that of the detector support plate, and more preferably less than the depth of the depressions.
  • the holding elements have a shape and dimensions adapted to those of the detectors and those of the depressions formed in the plate, preferably so that each holding element covers a detector and fits with a weak clearance in a depression of the plate.
  • the radiation detectors may be activating detectors.
  • the invention also makes it possible to characterize the gamma photon field inside a reactor; for this purpose, the radiation detectors may be (radio) thermoluminescent detectors, based on lithium fluoride, for example.
  • the radiation detectors may be in the form of a sheet or wire.
  • the plate and the holding elements are preferably made of a material having a sufficient neutron transparency and little activating when exposed to a neutron flux, for example an aluminum alloy AG3M.
  • the holding elements may be flush mounted on the face of the plate having the depressions, or extending recessed from this face, inside a depression, which makes it possible to avoid the attachment of an element. maintaining and assembling fuel rods during the installation of the detection device in the reactor core, or during its extraction, and makes it possible to limit the perturbation of the flow of the coolant by the device of detection.
  • each holding element can be crimped on only part of its contour. This facilitates the separation of the holding element of the plate and the extraction of the previously held detector secured to the plate by this element, out of the depression receiving this detector.
  • the plate may be pierced with an "extraction" orifice passing through the plate in a peripheral portion of a depression and opening (partially) into this depression, so that a holding element engaged and crimped in the depression, is not covered by the material of the plate in this peripheral part of the depression.
  • the radiation detection device comprises two plate-shaped detector supports in each of which are formed depressions receiving detectors covered with holding elements, the two plates being parallel and their respective depressions being arranged in mutual look. This makes it possible to have the detectors facing each other, so that two mutually facing detectors can be exposed to the same particle flow, and makes it possible to obtain a better accuracy for determining the spatial distribution of the reaction rate.
  • a method of manufacturing a radiation detection device comprising a plurality of radiation detectors integral with a support comprising a plate, in which distributed depressions are formed on the surface of the plate and arranged to receive a radiation detector and a holding member, there is a detector in each depression which is covered by a holding member engaged in the depression and serving. maintain the considered detector in the depression receiving it; and securing the holding members to the plate by crimping, pushing the material of the plate surrounding each depression to lock the holding members in the depressions, and to cover at least a portion of the peripheral portion (outer) of the holding elements.
  • a punch having a protrusion for example of triangular section, serving to push the material of the plate surrounding a depression, on the periphery of a holding element engaged in the depression.
  • the detection device is inserted into the heart of a reactor, in the vicinity of an assembly of nuclear fuel rods, by a descending vertical translation movement, to a determined position;
  • the detection device of the reactor core is extracted by an upward vertical translation movement
  • the holding elements and the detectors are extracted from the depressions provided in the plate of the detection device; and Detectors of the detection device are analyzed to determine characteristics of the radiation to which these detectors have been exposed.
  • the radiation measurements thus obtained can be used for the experimental characterization of the modeled fuel mass, in order to deduce the spatial and energy distribution of the neutron flux and the parameters that depend on it. They can also be used to make comparisons that validate / qualify the characterization (neutron) calculation codes of these reactors.
  • FIG. 1 schematically illustrates a reactor core equipped with a radiation detection device according to one embodiment.
  • Figure 2 illustrates, in front view, a radiation detection device according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a side view - and a view along III - of the radiation detection device illustrated in FIG.
  • FIG. 4 is a view of the radiation detection device illustrated in FIGS. 2 and 3, seen from a side opposite to that of FIG. 2.
  • FIGS. 5 and 6 illustrate, on an enlarged scale, a portion of a main face of a radiation detector support plate, respectively before and after installation of a detector and a detector holding element. in a depression formed in the plate.
  • FIGS. 7 and 8 diagrammatically and in half-sectional view in a plane orthogonal to the plane of a detector support plate, a crimping device and a part of the radiation detection device, before and during the crimping of a element holding a detector in a cavity of the plate containing the detector.
  • FIG. 9 illustrates, in the same way as FIGS. 7 and 8, a portion of the device for detecting radiation after crimping the holding element.
  • FIG. 10 schematically illustrates, in side view, an assembly of fuel rods and a device for detecting and mapping radiation in the vicinity of this assembly, and is a view along X of FIG.
  • a reactor core 10 comprises fuel rods 11 extending along vertical axes such as the axis marked 16.
  • the rods 1 1 are connected by connecting pieces 12 to form two adjacent assemblies 13 of rods January 1.
  • the assemblies 13 are separated by a space 14 and disposed inside an enclosure 15 of the reactor, this enclosure receiving the assemblies and a coolant for cooling the assemblies 13, and in which the assemblies are immersed.
  • a radiation detection device 17 which comprises a plate 18 supporting radiation detectors - or dosimeters.
  • the flat plate 18 is elongate along an axis 19 which is vertical, when the detection device 17 is put in place along the assemblies 13, in particular between the assemblies.
  • the plate 18 supports radiation detectors 28 which are arranged in cavities - or depressions - provided in the plate and closed by holding elements 29 crimped into these cavities - or depressions - as shown in detail in Figures 6 and 9 in particular.
  • These depressions are distributed on the surface of the plates 18 in order to make it possible to determine the spatial distribution of the detected radiations, based on the activation measurements of the detectors that the plates contain respectively.
  • Each plate may comprise of the order of ten or more tens of depressions serving to contain the corresponding number of radiation detectors.
  • the axes 19, 21, 22 may be evenly spaced, in particular at a uniform spacing pitch, and the depressions may also be evenly spaced along these axes.
  • These depressions can be formed on one or other of the two main faces 23, 24 of the plate 18.
  • the detector support of the detection device 17 comprises two plates 18a, 18b which extend in planes 25a, 25b parallel to a median plane containing the longitudinal axis 19 of the device. , and are disposed opposite each other, on both sides of this median plane.
  • the device 17 further comprises a connecting piece 26 connecting and supporting the plates 18a, 18b, and a handling part 27 fixed to the connecting piece 26, to facilitate the handling of the device 17 by a lifting device (not shown) .
  • Figures 2 and 4 show that the distributions of the depressions 20 on the plates 18a, 18b differ, while following identical matrix frames.
  • the depressions may have a diameter adapted to that of the detectors they receive, for example of the order of 5 to 10 millimeters.
  • the pitch (horizontal and vertical) spacing of the axes 21, 22 - and rows of detectors - may be for example of the order of 5 to 10 times the value of the diameter of the detectors (and / or depressions).
  • each detector has an activity (radioactivity for activated detectors, luminescent emission for thermoluminescent radio detectors) measurable after exposure to radiation to detect and characterize. This choice can be made from calculations and irradiation scenarios specific to a reactor considered.
  • the implantation of two differently activated detectors in two depressions respectively provided on the two neighboring plates 18a, 18b in identical positions, can deconvolute the thermal and epithermal domains.
  • each depression 20 is of cylindrical shape with axis 32, comprises a portion - or housing - lower (e) 20a adapted (e) to the dimensions of a detector 28, and a part - or housing - upper (e) 20b adapted (e) to the dimensions of a holding element 29 for holding the detector in the vacuum, covering this detector.
  • the lower housing 20a may have a circular contour of diameter little greater than that of the detector, and a depth little greater than the thickness of the detector, for example of the order of a hundred micrometers, so that the housing 20a can contain the detector 28.
  • the retaining element 29 may also be in the form of a disk, with a diameter greater than that of the lower housing 20a, and the upper housing 20b may have a circular contour of diameter little greater than that of the element of maintaining, and a depth little greater than the thickness of this element, so that the housing 20b may contain the element 29 covering the housing 20a and the detector 28 (see Figures 7 to 9).
  • the detector 28 can be engaged with a small clearance in the housing 20a
  • the element 29 can be engaged with a small clearance in the housing 20b, the upper face 30 of the element 29 extending behind the face 23 of the plate in which the depressions are formed.
  • the thickness 40 of each plate 18, 18a, 18b may be of the order of one millimeter, for example.
  • edge of the holding element 29 is provided with an upper chamfer 290 extending from the upper face 30 of the element 29, as well as a lower chamfer 291 extending from the underside of the element 29.
  • the lower chamfer 291 facilitates the insertion of the holding member 29 into the depression 20b, while the upper chamfer 290 facilitates the crimping of the holding member in the depression.
  • a portion 31a of this orifice 31 opens into this depression 20, 20b, while another portion 31b of this orifice 31 opens out of the vacuum 20 of circular contour.
  • the plate is also pierced with two orifices 37 provided on either side of the depression 20, close to the latter, and arranged for example symmetrically with respect to the axis 32 of the depression.
  • These positioning holes 37 serve to receive respectively two pins 36 for positioning a crimping punch 33, which are integral with a crimping die 35.
  • a radiation detection device 17 comprising a plurality of radiation detectors 28 integral with a support comprising a plate 18, it is possible to proceed as follows:
  • the depressions 20, 20a, 20b distributed on the surface 23 of the plate 18 are formed, these depressions being counterbores obtained by removal (milling) of the material of the plate;
  • a detector 28 is placed in each depression 20a, which is covered with a holding element 29 engaged in the depression 20b;
  • the retention elements 29 are secured to the plate by crimping.
  • a crimping tool comprising a punch 33 and a die 35.
  • the punch 33 further comprises a projection 33a of toroidal shape, of triangular section, and of diameter little greater than that of the upper part 20b of the depression 20.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif (17) de détection de rayonnements comportant plusieurs détecteurs (28) de rayonnements solidaires d'un support. Le support comporte au moins une plaque (18, 18a, 18b) dont au moins une face (23, 24) comporte plusieurs dépressions (20, 20a, 20b) réparties à la surface de la plaque et agencées pour recevoir chacune un détecteur de rayonnements. Le dispositif comporte des éléments (29) de maintien solidaires de la plaque, logés dans les dépressions (20, 20b), et servant à maintenir les détecteurs (28) de rayonnements dans les dépressions (20, 20a).

Description

Procédé et dispositif de détection de rayonnements dans un réacteur et procédé de fabrication de ce dispositif
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est relative à un procédé de détection de rayonnements ionisants dans un réacteur, à un dispositif de détection de rayonnements ionisants dans un réacteur, et à un procédé de fabrication de ce dispositif.
ETAT DE LA TECHNIQUE
L'invention s'applique à la détection de rayonnements énergétiques (ondes et particules), notamment à la détection de flux de neutrons ou de gammas, à l'intérieur d'un réacteur.
L'invention s'applique en particulier à un réacteur nucléaire de type piscine, dans lequel le combustible est conditionné dans des gaines, par exemple des gaines en forme de tubes pour former des « crayons », et dans lequel le cœur comporte des assemblages de plusieurs crayons qui sont noyés dans un fluide caloporteur - tel que de l'eau - contenu dans l'enceinte du réacteur.
Les assemblages permettent la circulation du fluide de refroidissement autour des gaines de combustible et sont espacés d'une distance, autrement dit d'un jeu, qui permet la manutention verticale des assemblages lors du chargement et du déchargement du cœur du réacteur.
L'invention s'applique en particulier à la détermination de la distribution de puissance de flux de neutrons autrement désignée par cartographie neutronique, à l'intérieur du cœur d'un réacteur nucléaire, plus particulièrement à l'intérieur d'un réacteur de recherche.
Dans un réacteur nucléaire, il est important d'obtenir des données relatives à la distribution de puissance du flux de neutrons émis par le combustible.
II est connu de détecter un flux de neutrons produits dans un réacteur par le combustible nucléaire, à l'aide de détecteurs à activation, comme décrit dans l'ouvrage « Détection de rayonnements et instrumentation nucléaire », Abdallah Lyoussi, EDP Sciences, Les Ulis, France, 2010, pages 1 1 1 à 1 13.
Un détecteur à activation comporte un matériau qui, lorsqu'il est exposé à un flux de neutrons, est le siège de réactions nucléaires produisant des noyaux radioactifs. La mesure de la radioactivité (induite) du matériau exposé, permet de déterminer le nombre et/ou l'énergie de neutrons ayant provoqué les réactions nucléaires.
Pour la détection de neutrons d'énergie faible ou moyenne, en particulier de neutrons thermiques ou épithermiques, un détecteur à activation peut comporter une feuille ou un fil d'un matériau pur tel que de l'or (isotope 197 Au) ou du cobalt (isotope 59Co) par exemple.
La réalisation d'une cartographie neutronique nécessite de positionner plusieurs détecteurs dans le cœur du réacteur, pour les exposer aux neutrons pendant une durée déterminée. Après cette exposition, les détecteurs doivent être extraits du cœur afin de mesurer leur radioactivité qui résulte de leur exposition à un flux de neutrons, pour pouvoir caractériser ce flux de neutrons.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un objectif de l'invention est de proposer un procédé et un dispositif de détection de rayonnements nucléaires au sein d'un réacteur, qui soi(en)t amélioré(s) et/ou qui remédie(nt), en partie au moins, aux lacunes ou inconvénients des procédés et dispositifs connus de détection de rayonnements nucléaires.
Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif de détection de rayonnements permettant de positionner des détecteurs de rayonnements de façon sûre et précise entre des assemblages de crayons de combustible, d'empêcher la perte d'un détecteur de rayonnements dans le réacteur, notamment par entraînement du détecteur par le fluide caloporteur circulant dans le réacteur, et de permettre une mise en place et une extraction aisées des détecteurs dans le réacteur.
Un objectif de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'un tel dispositif de détection de rayonnements nucléaires. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un dispositif de détection de rayonnements comportant plusieurs détecteurs de rayonnements solidaires d'un support commun aux détecteurs ; le support comporte au moins une plaque (plane) qui peut être positionnée en regard d'une face d'un assemblage de crayons, en particulier entre deux assemblages adjacents du cœur d'un réacteur, qui peut être insérée dans l'espace séparant deux assemblages adjacents par une translation du support, et qui peut être extraite du cœur par une translation (du support) en sens inverse.
Au moins une des deux faces principales de la plaque comporte plusieurs dépressions réparties à la surface de la plaque et agencées pour recevoir (chacune) un détecteur de rayonnements et un élément de maintien servant à maintenir le détecteur considéré dans la dépression le recevant ; et chaque élément de maintien est solidarisé à la plaque, de préférence par sertissage, et logé dans une dépression, de façon à éviter toute désolidarisation intempestive d'un élément de maintien et/ ou d'un détecteur, de la plaque.
La plaque peut comporter plusieurs dépressions alignées selon un axe parallèle au plan de la plaque, en particulier plusieurs dépressions alignées et régulièrement espacées le long de leur axe d'alignement.
Le sertissage d'un élément de maintien et de la plaque peut résulter d'un recouvrement de l'élément de maintien par la matière de la plaque, dans une portion périphérique de l'élément de maintien, en particulier le long d'une partie au moins du contour de l'élément de maintien.
Le contour de l'élément de maintien peut être muni d'un chanfrein pour faciliter la déformation de la matière de la plaque entourant l'élément de maintien - et la dépression recevant cet élément -, et pour faciliter le blocage de l'élément de maintien dans la dépression, et le recouvrement du contour de l'élément de maintien par cette matière repoussée. Les éléments de maintien peuvent être en forme de plaquette, en particulier en forme de disque mince, l'épaisseur des éléments de maintien étant de préférence inférieure à celle de la plaque support de détecteurs, et de préférence encore inférieure à la profondeur des dépressions.
Les éléments de maintien présentent une forme et des dimensions adaptées à celles des détecteurs et à celles des dépressions formées dans la plaque, de préférence de façon à ce que chaque élément de maintien recouvre un détecteur et s'emboite avec un faible jeu dans une dépression de la plaque.
Pour la détection de flux de neutrons, les détecteurs de rayonnement peuvent être des détecteurs à activation.
L'invention permet également de caractériser le champ de photons gamma à l'intérieur d'un réacteur ; à cet effet, les détecteurs de rayonnements peuvent être des détecteurs (radio) thermoluminescents, à base de fluorure de lithium par exemple.
Les détecteurs de rayonnement peuvent être en forme de feuille ou de fil.
La plaque et les éléments de maintien sont généralement constitués d'un matériau sensiblement transparent aux rayonnements à détecter.
Pour la cartographie neutronique, la plaque et les éléments de maintien sont de préférence constitués d'un matériau présentant une transparence neutronique suffisante et s'activant peu lors de son exposition à un flux de neutrons, par exemple un alliage d'aluminium AG3M.
Un matériau (substantiellement) transparent aux neutrons est un matériau dont la section efficace d'interaction avec . les neutrons est suffisamment faible pour ne pas atténuer de manière significative le flux de neutrons incident.
Ainsi, les matériaux substantiellement transparents aux neutrons sont avantageusement des matériaux à section efficace de capture des neutrons très faible, typiquement bien inférieure à 1 barn, ce qui a pour effet de réduire à un minimum, voire de supprimer, les réactions (n, β-) dans ces matériaux comme indiqué ci-dessus. Cela diminue la capture de neutrons.
Pour caractériser le champ de photons gamma, la plaque et les éléments de maintien sont de préférence constitués d'un matériau de type alliage d'aluminium.
Les éléments de maintien peuvent être montés affleurant sur la face de la plaque comportant les dépressions, ou s'étendant en retrait de cette face, à l'intérieur d'une dépression, ce qui permet d'éviter l'accrochage d'un élément de maintien et d'un assemblage de crayons de combustible lors de la mise en place du dispositif de détection dans le cœur du réacteur, ou lors de son extraction, et permet de limiter la perturbation de l'écoulement du fluide caloporteur par le dispositif de détection .
Afin de favoriser la désolidarisation des détecteurs de la plaque, après leur exposition aux rayonnements à détecter et l'extraction du dispositif de détection hors du cœur, chaque élément de maintien peut être serti sur une partie seulement de son contour. Ceci facilite la séparation de l'élément de maintien de la plaque et l'extraction du détecteur précédemment maintenu solidaire de la plaque par cet élément, hors de la dépression recevant ce détecteur.
A cet effet, la plaque peut être percée d'un orifice « d'extraction » traversant la plaque dans une partie périphérique d'une dépression et débouchant (partiellement) dans cette dépression, de sorte qu'un élément de maintien engagé et serti dans la dépression, n'est pas recouvert par la matière de la plaque dans cette partie périphérique de la dépression.
Pour désolidariser l'élément de maintien de la plaque, on peut alors engager un outil d'extraction dans cet orifice d'extraction, par la première face principale de la plaque dans laquelle sont formées les dépressions - ou par la seconde face principale de la plaque qui est opposée à la première face principale -, jusqu'à ce que l'outil vienne en appui sur une portion périphérique de l'élément de maintien, puis provoquer un effort d'extraction sur l'élément de maintien, par l'outil d'extraction, de façon à déformer la matière de la plaque recouvrant/ bloquant l'élément de maintien, jusqu'à extraire l'élément de maintien de la dépression le recevant.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de détection de rayonnements comporte deux supports de détecteurs en forme de plaques dans chacune desquelles sont formées des dépressions recevant des détecteurs recouverts d'éléments de maintien, les deux plaques étant parallèles et leurs dépressions respectives étant disposées en regard mutuel. Ceci permet de disposer des détecteurs en regard les uns des autres, de sorte que deux détecteurs en regard mutuel peuvent être exposés au même flux de particules, et permet d'obtenir une meilleure précision pour la détermination de la distribution spatiale du taux de réaction.
Lorsque les détecteurs sont logés dans des dépressions prévues sur deux faces en regard mutuel des deux plaques support, les risques de désolidarisation et de perte d'un détecteur dans le réacteur sont encore plus limités.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un dispositif de détection de rayonnements comportant plusieurs détecteurs de rayonnements solidaires d'un support comportant une plaque, dans lequel on forme des dépressions réparties à la surface de la plaque et agencées pour recevoir un détecteur de rayonnements et un élément de maintien, on dispose un détecteur dans chaque dépression que l'on recouvre par un élément de maintien engagé dans la dépression et servant à. maintenir le ..détecteur considéré dans la dépression le recevant ; et on solidarise les éléments de maintien à la plaque par sertissage, en repoussant la matière de la plaque entourant chaque dépression pour verrouiller les éléments de maintien dans les dépressions, et pour recouvrir une partie au moins de la portion périphérique (externe) des éléments de maintien.
Les dépressions peuvent être réalisées par enlèvement de matière, en particulier les dépressions peuvent être des lamages formés dans la plaque.
Pour le sertissage des éléments de maintien dans les dépressions, on peut utiliser un poinçon comportant une saillie, par exemple de section triangulaire, servant à repousser la matière de la plaque entourant une dépression, sur la périphérie d'un élément de maintien engagé dans la dépression.
Pour guider un tel poinçon de sertissage, on peut utiliser une matrice pourvue de deux pions de positionnement prévus pour s'étendre au travers de deux orifices de positionnement percés dans la plaque au voisinage d'une dépression, et pour s'étendre dans deux cavités prévues dans le poinçon, ce qui permet d'assurer un positionnement précis du poinçon par rapport à la dépression contenant l'élément de maintien à sertir.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de détection de rayonnements dans lequel on utilise un dispositif de détection de rayonnement selon l'invention, et dans lequel : -
- On insère le dispositif de détection dans le cœur d'un réacteur, au voisinage d'un assemblage de crayons de combustible nucléaire, par un mouvement de translation verticale descendante, jusqu'à une position déterminée ;
- Après une durée déterminée d'exposition du dispositif de détection aux rayonnements, on extrait le dispositif de détection du cœur du réacteur par un mouvement de translation verticale ascendante ;
- On extrait les éléments de maintien et les détecteurs des dépressions prévues dans la plaque du dispositif de détection ; et - On analyse les détecteurs du dispositif de détection pour déterminer des caractéristiques des rayonnements auxquels ont été exposés ces détecteurs.
Les mesures de rayonnement ainsi obtenues peuvent servir à la caractérisation expérimentale du massif combustible modélisé, afin d'en déduire la distribution spatiale et en énergie du flux neutronique et des paramètres qui en dépendent. Elles peuvent également être utilisées pour procéder à des comparaisons qui permettent de valider/ qualifier les codes de calcul de caractérisation (neutronique) de ces réacteurs.
D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention apparaissent dans la description suivante qui se réfère aux figures annexées et illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés de réalisation de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 illustre schématiquement un cœur de réacteur équipé d'un dispositif de détection de rayonnements selon un mode de réalisation.
La figure 2 illustre, en vue de face, un dispositif de détection de rayonnements selon un mode de réalisation.
La figure 3 est une vue de coté - et une vue selon III - du dispositif de détection de rayonnements illustré figure 2.
La figure 4 est une vue du dispositif de détection de rayonnements illustré figures 2 et 3, vu d'un coté opposé à celui de la figure 2.
Les figures 5 et 6 illustrent, à échelle agrandie, une portion d'une face principale d'une plaque support de détecteurs de rayonnements, respectivement avant - et après - mise en place d'un détecteur et d'un élément de maintien du détecteur dans une dépression formée dans la plaque. _
Les figures 7 et 8 illustrent schématiquement et en vue en demi- coupe selon un plan orthogonal au plan d'une plaque support de détecteurs, un dispositif de sertissage et une partie du dispositif de détection de rayonnements, avant et pendant le sertissage d'un élément de maintien d'un détecteur, dans une cavité de la plaque contenant ce détecteur.
La figure 9 illustre, de la même façon que les figures 7 et 8, une partie du dispositif de détection de rayonnements après sertissage de l'élément de maintien.
La figure 10 illustre schématiquement, en vue de coté, un assemblage de crayons de combustible et un dispositif de détection et de cartographie de rayonnements au voisinage de cet assemblage, et est une vue selon X de la figure 1.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Sauf indication explicite ou implicite contraire, des éléments ou organes - structurellement ou fonctionnellement - identiques ou similaires sont désignés par des repères identiques sur les différentes figures.
Par référence à la figure 1 , un cœur de réacteur 10 comporte des crayons 11 de combustible s'étendant selon des axes verticaux tels que l'axe repéré 16.
Les crayons 1 1 sont reliés par des pièces 12 de liaison pour former deux assemblages 13 adjacents de crayons 1 1.
Les assemblages 13 sont séparés par un espace 14 et disposés à l'intérieur d'une enceinte 15 du réacteur, cette enceinte recevant les assemblages et un fluide caloporteur servant au refroidissement des assemblages 13, et dans lequel sont plongés les assemblages.
Entre les deux assemblages 13 est disposé un dispositif 17 de détection de rayonnements, qui comporte une plaque 18 supportant des détecteurs de rayonnements - ou dosimètres.
Par référence aux figures 1 et 10 notamment, la plaque plane 18 est allongée selon un axe 19 qui est vertical , lorsque le dispositif 17 de détection est mis en place le long des assemblages 13, en particulier entre les assemblages.
La plaque 18 supporte des détecteurs de radiation 28 qui sont disposés dans des cavités - ou dépressions - 20 prévues dans la plaque et fermées par des éléments 29 de maintien sertis dans ces cavités - ou dépressions -, comme illustré en détail figures 6 et 9 notamment.
Dans les modes de réalisation illustrés figures 2, 4, et 10, les dépressions 20 présentent un contour circulaire.
Ces dépressions sont réparties à la surface des plaques 18 pour permettre de déterminer la distribution spatiale des rayonnements détectés, à partir des mesures d'activation des détecteurs que les plaques renferment respectivement.
Chaque plaque peut comporter de l'ordre d'une dizaine - ou de plusieurs dizaines - de dépressions servant à contenir le nombre correspondant de détecteurs de rayonnements.
Comme illustré figures 2, 4, et 10, les dépressions 20 sont alignées selon des axes 21 orthogonaux à l'axe longitudinal 19 de la plaque, et/ou selon des axes 19, 22 parallèles à - en particulier confondu avec - l'axe longitudinal 1 de la plaque.
Les axes 19, 21 , 22 peuvent être régulièrement espacés, en particulier selon un pas d'espacement uniforme, et les dépressions peuvent également être régulièrement espacées le long de ces axes.
Ceci conduit à une répartition des dépressions - et par conséquent des détecteurs qu'elles reçoivent - selon une « trame » ou grille « matricielle », à la surface de la plaque.
Ces dépressions peuvent être formées sur l'une ou l'autre des deux faces principales 23, 24 de la plaque 18.
Dans le mode de réalisation illustré figures 2 à 4, le support de détecteurs du dispositif 17 de détection comporte deux plaques 18a, 18b qui s'étendent dans des plans 25a, 25b parallèles à un plan 25 médian contenant l'axe longitudinal 19 du dispositif, et sont disposées en regard mutuel, de part et d'autre de ce plan médian.
Le dispositif 17 comporte en outre une pièce 26 de liaison reliant et supportant les plaques 18a, 18b, et une pièce 27 de manutention fixée à la pièce 26 de liaison, pour faciliter la manutention du dispositif 17 par un appareil de levage (non représenté). On observe figures 2 et 4 que les répartitions des dépressions 20 sur les plaques 18a, 18b diffèrent, tout en suivant des trames matricielles identiques.
Pour une cartographie neutronique par exemple, les dépressions peuvent présenter un diamètre adapté à celui des détecteurs qu'elles reçoivent, par exemple de l'ordre de 5 à 10 millimètres. Les pas (horizontal et vertical) d'espacement des axes 21, 22 - et des rangées de détecteurs - peuvent être par exemple de l'ordre de 5 à 10 fois la valeur du diamètre des détecteurs (et/ ou des dépressions).
La nature, la forme, la position, et les dimensions de chaque détecteur, sont choisies de manière à ce que les détecteurs aient une activité (radioactivité pour les détecteurs à activation, émission luminescente pour les détecteurs radio thermoluminescents) mesurable après leur exposition aux rayonnements à détecter et caractériser. Ce choix peut être fait à partir de calculs et de scénarii d'irradiation propres à un réacteur considéré.
Pour la cartographie neutronique en particulier, l'implantation de deux détecteurs à activation de nature différente, dans deux dépressions respectivement prévues sur les deux plaques voisines 18a, 18b dans des positions identiques, peut permettre de déconvoluer les domaines thermique et épithermique.
Par référence aux figures 5 et 7 à 9 en particulier, chaque dépression 20 est de forme cylindrique d'axe 32, comporte une partie - ou logement - inférieur(e) 20a adapté(e) aux dimensions d'un détecteur 28, et une partie - ou logement - supérieur (e) 20b adapté (e) aux dimensions d'un élément 29 de maintien servant à maintenir le détecteur dans la dépression, en recouvrant ce détecteur.
Lorsque le détecteur 28 est en forme de disque, le logement inférieur 20a peut présenter un contour circulaire de diamètre peu supérieur à celui du détecteur, et une profondeur peu supérieure à l'épaisseur du détecteur, par exemple de l'ordre d'une centaine de micromètres, de sorte que le logement 20a peut contenir le détecteur 28. Dans ce cas notamment, l'élément 29 de maintien peut être en forme de disque également, de diamètre supérieur à celui du logement inférieur 20a, et le logement supérieur 20b peut présenter un contour circulaire de diamètre peu supérieur à celui de l'élément de maintien, et une profondeur peu supérieure à l'épaisseur de cet élément, de sorte que le logement 20b peut contenir l'élément 29 recouvrant le logement 20a et le détecteur 28 (cf. figures 7 à 9).
Ainsi, le détecteur 28 peut être engagé avec un faible jeu dans le logement 20a, l'élément 29 peut être engagé avec un faible jeu dans le logement 20b, la face supérieure 30 de l'élément 29 s'étendant en retrait de la face 23 de la plaque dans laquelle sont formées les dépressions.
L'épaisseur 40 de chaque plaque 18, 18a, 18b peut être de l'ordre de un millimètre par exemple.
On peut observer figure 7 notamment que la tranche de l'élément 29 de maintien est munie d'un chanfrein supérieur 290 s'étendant à partir de la face supérieure 30 de l'élément 29, ainsi qu'un chanfrein inférieur 291 s'étendant à partir de la face inférieure de l'élément 29.
Le chanfrein inférieur 291 facilite l'insertion de l'élément 29 de maintien dans la dépression 20b, tandis que le chanfrein supérieur 290 facilite le sertissage de l'élément de maintien dans la dépression.
Par référence aux figures 5 et 6, la plaque est percée d'un orifice 31 traversant la plaque dans une partie périphérique du logement supérieur 20b d'une dépression 20.
Une partie 31a de cet orifice 31 débouche dans cette dépression 20, 20b, tandis qu'une autre partie 31b de cet orifice 31 débouche à l'extérieur de la dépression 20 de contour circulaire.
Ceci facilite l'extraction d'un élément 29 serti dans la cavité 20, quipeut être obtenue en insérant un outil d'extraction . dans la-partie 31b de - l'orifice, et en exerçant un effort d'extraction sur cet élément avec cet outil. La plaque est également percée de deux orifices 37 prévus de part et d'autre de la dépression 20, à proximité de celle-ci, et disposés par exemple symétriquement par rapport à l'axe 32 de la dépression.
Ces orifices 37 de positionnement servent à recevoir respectivement deux pions 36 servant au positionnement d'un poinçon 33 de sertissage, qui sont solidaires d'une matrice 35 de sertissage.
Par référence aux figures 7 à Φ en particulier, pour fabriquer un dispositif 17 de détection de rayonnements comportant plusieurs détecteurs 28 de rayonnements solidaires d'un support comportant une plaque 18, on peut procéder de la façon suivante :
- on forme les dépressions 20, 20a, 20b réparties à la surface 23 de la plaque 18, ces dépressions pouvant être des lamages obtenus par enlèvement (fraisage) de la matière de la plaque;
- on dispose un détecteur 28 dans chaque dépression 20a, que l'on recouvre d'un élément 29 de maintien engagé dans la dépression 20b; et
- on solidarise les éléments 29 de maintien à la plaque par sertissage.
Par référence aux figures 7 et 8, on peut utiliser un outil de sertissage comportant un poinçon 33 et une matrice 35.
On dispose le poinçon en regard de la face 23 de la plaque 18 dans laquelle sont formées les dépressions, et on dispose la plaque 18 en appui sur la matrice 35 par sa face principale 24 opposée à la face 23, de telle sorte que les pions 36 de positionnement s'étendant à partir de la face de la matrice recevant la plaque, s'étendent à l'intérieur des orifices 37 de positionnement.
Le poinçon comporte deux cavités 33b de positionnement prévues pour recevoir les extrémités des pions 36 qui saillent sur la face 23 de la plaque.
Le poinçon 33 comporte en outre une saillie 33a de forme toroïdale, de section triangulaire, et de diamètre peu supérieur à celui de la partie supérieure 20b de la dépression 20. En exerçant un effort sur le poinçon à l'aide d'une presse, selon la flèche 34 (figure 7), la saillie 33a pénètre dans la matière 180 de la plaque, en formant une rainure (repère 41 figure 9) entourant la dépression 20, 20b ; cette matière est repoussée vers (et/ ou sur) la périphérie 39 de l'élément 29 de maintien engagé dans la dépression 20, 20b, et la paroi cylindrique 20c de la cavité 20 est déformée pour former une paroi 20d évasée vers la bas, qui emprisonne l'élément 29 dans la cavité 20, 20b.
La matière 180 de la plaque 18 s'étendant au voisinage de l'arête 181 correspondant à la jonction de la surface 23 de la plaque et de la surface cylindrique 20c délimitant la partie supérieure 20b de la dépression 20, peut ainsi recouvrir une partie au moins de la portion 39 périphérique externe des éléments de maintien.
Par référence aux figures 1 et 10 en particulier, pour obtenir une cartographie des rayonnements ionisants au voisinage d'un assemblage 13 de crayons 1 1 de combustible, on peut utiliser un dispositif de détection selon l'invention, et effectuer les opérations suivantes :
insérer le dispositif de détection dans le cœur d'un réacteur, au voisinage d'un assemblage de crayons de combustible nucléaire, par un mouvement de translation verticale descendante, à l'aide d'un appareil de levage (non représenté) auquel est suspendu le dispositif de détection, jusqu'à une position déterminée ;
après une durée déterminée d'exposition du dispositif de détection aux rayonnements, extraire le dispositif de détection du cœur du réacteur par un mouvement de translation verticale ascendante ;
extraire les éléments 29 de maintien comme décrit ci avant et extraire les détecteurs 28 des dépressions 20 prévues dans la (ou les) plaque(s) du dispositif de détection; et
analyser les détecteurs 28 du dispositif de détection pour déterminer des caractéristiques des rayonnements auxquels ont été exposés ces détecteurs. Par exemple, pour un détecteur à activation constitué d'une lame d'or ou de cobalt, l'analyse du détecteur peut comporter la mesure du rayonnement gamma émis par le détecteur et résultant de son exposition à un flux de neutrons.
Pour un détecteur thermoluminescent, l'analyse (également appelée « lecture ») du détecteur peut comporter la mesure du rayonnement électromagnétique (infra rouge) émis lorsqu'il est réchauffé dans un four.

Claims

Revendications
1 - Dispositif (17) de détection de rayonnements dans un réacteur (10), caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs détecteurs (28) de rayonnements solidaires d'un support, le support comportant au moins une plaque (18, 18a, 18b) plane dont au moins une face (23, 24) comporte plusieurs dépressions (20, 20a, 20b) réparties sur ladite face (23, 24) de la plaque et agencées pour recevoir chacune un détecteur de rayonnements, le dispositif comportant des éléments (29) de maintien solidaires de la plaque, logés dans les dépressions (20, 20b), et servant à maintenir les détecteurs (28) de rayonnements dans les dépressions (20, 20a), la matière ( 180) de la plaque recouvrant une portion (39) périphérique de chaque élément (29) de maintien.
2 - Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les dépressions (20, 20a, 20b) et les détecteurs (28) sont alignés selon au moins un axe
(19, 21, 22) parallèle au plan (25a, 25b) de la plaque, en particulier alignés et régulièrement espacés le long d'axes orthogonaux.
3 - Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la matière (180) de la plaque recouvre une partie au moins du contour de l'élément de maintien qui est muni d'un chanfrein (290).
4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel chaque élément (29) de maintien recouvre un détecteur (28) et est serti dans une dépression (20, 20b) de la plaque, de préférence serti sur une partie seulement de son contour.
5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel la plaque est percée d'orifices traversant la plaque dans une partie périphérique de chaque dépression et débouchant partiellement dans la dépression, de sorte qu'un élément de maintien engagé et serti dans la dépression, n'est pas recouvert par la matière de la plaque dans cette partie périphérique de la dépression et est serti sur une partie seulement de son contour. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel les éléments (29) de maintien sont en forme de plaquette, en particulier en forme de disque.
7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel la plaque (18, 18a, 18b) et les éléments (29) de maintien sont constitués d'un matériau sensiblement transparent aux rayonnements à détecter.
8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel les éléments (29) de maintien sont montés affleurant sur la face (23) de la plaque comportant les dépressions, ou s'étendent en retrait de cette face, à l'intérieur d'une dépression (20, 20b).
9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel les détecteurs (28) de rayonnement sont en forme de feuille.
10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel les détecteurs (28) de rayonnement sont en forme de fil.
11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 qui comporte deux plaques (18a, 18b) dans chacune desquelles sont formées des dépressions (20) recevant des détecteurs (28) recouverts d'éléments (29) de maintien, les deux plaques étant parallèles et disposées en regard mutuel.
12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 dans lequel les détecteurs (28) de rayonnements comportent des détecteurs à activation.
13 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 dans lequel les détecteurs (28) de rayonnements comportent des détecteurs thermoluminescents.
14 - Procédé de fabrication d'un dispositif (17) de détection de rayonnements selon l'une des revendications 1 à 13 dans lequel :
- on forme des dépressions (20, 20a, 20b) réparties à la surface (23, 24) de la plaque et agencées pour recevoir un détecteur (28) de rayonnements et un élément (29) de maintien ; - on dispose un détecteur (28) dans chaque dépression que l'on recouvre par un élément (29) de maintien engagé dans la dépression et servant à maintenir le détecteur considéré dans la dépression le recevant ; et
- on solidarise les éléments (29) de maintien à la plaque par sertissage, en repoussant la matière (180) de la plaque entourant chaque dépression, pour emprisonner les éléments de maintien dans les dépressions.
15 - Procédé selon la revendication 14 dans lequel on utilise un poinçon (33) comportant une saillie (33a) servant à repousser la matière
(180) de la plaque entourant une dépression, sur la périphérie (39) d'un élément de maintien engagé dans la dépression, pour sertir l'élément de maintien dans la dépression.
16 - Procédé de détection de rayonnements dans un réacteur (10) dans lequel on utilise un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 et dans lequel :
- On insère le dispositif de détection dans le cœur du réacteur, au voisinage d'un assemblage ( 13) de crayons (1 1) de combustible nucléaire, jusqu'à une position déterminée ;
- Après une durée déterminée d'exposition du dispositif de détection aux rayonnements, on extrait le dispositif de détection du cœur du réacteur ;
- On extrait les éléments de maintien et les détecteurs des dépressions prévues dans la plaque du dispositif de détection; et
- On analyse les détecteurs du dispositif de détection pour déterminer des caractéristiques des rayonnements auxquels ont été exposés ces détecteurs.
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