WO2015158523A1 - Detecteur de neutrons autoalimentes d'un reacteur a eau pressurisee - Google Patents

Detecteur de neutrons autoalimentes d'un reacteur a eau pressurisee Download PDF

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WO2015158523A1
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self
nuclear reactor
pressurized water
detector
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Inventor
Jean Lucien Mourlevat
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Areva NP SAS
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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 invention relates to the field of self-powered neutron detectors present in a pressurized water reactor (PWR).
  • PWR pressurized water reactor
  • the invention relates more particularly to self-powered neutron detectors introduced by the upper part (i.e. the lid) of a pressurized water reactor.
  • the invention relates more particularly to self-powered neutron detectors slow response but is also applicable to self-powered neutron detectors fast response.
  • Self-powered neutron detectors also called “collections” have been developed to enable accurate and fixed measurement of power distributions in the reactor core. This type of detector is used in pressurized water reactors, as well as in experimental reactors.
  • Collectrons have a simple structure and operation. They are in the form of a coaxial cable of small diameter (i.e. of the order of 1 to 2 mm).
  • the central core of the coaxial cable i.e. collectron
  • the central core of the coaxial cable is composed of two cables and an insulator surrounding the said two cables:
  • the two cables are surrounded by an insulator, usually alumina.
  • the whole that is to say the central core, is surrounded by a metal sheath to form a coaxial cable.
  • the collectrons are placed and maintained inside the reactor core permanently during the operation of the reactor.
  • Most PWR reactors in service are equipped with an instrumentation system of the heart entering the tank from below, through penetrations, called bottom of tank.
  • PWR type reactors in which the collectrons are introduced from the top of the tank via penetrations in the tank lid.
  • self-powered neutron detectors travel through mechanical elements forming the "upper internals" of the reactor located under the tank cover and above the core.
  • the collectrons are classified in two categories:
  • the slow-response collectrons usually rhodium
  • the neutron / material reaction will give rise to emission by the emitter, of electrons by radioactivity ⁇ " ; in this case, the establishment of a stable current is a function of the period of radioactive decay of the isotopes formed;
  • self-powered sensors introduced by the cover 20 of the nuclear reactor 1 0 are made to be bent in order to marry at best the links located in a part between the vertical mechanical assemblies formed by the instrumentation lances 31 ("instrumentation lances” in English), and the horizontal mechanical assemblies 32 (ie the instrumentation arms (“yoke” in English) and secondly between the instrumentation arms 32 (horizontal sets) and the vertical instrumentation fingers 33 ("Instrumentation finger” in English language) plunging into a specific tube called instrumentation tube within the fuel elements.
  • This instrumentation tube may be one of the guide tubes making up the mechanical skeleton of the fuel element or the central tube.
  • the radii of curvature that arise from these links, some of which may be at right angles may be very short, of the order of a few centimeters.
  • the number of rhodium self-powered detectors present in the fuel elements is generally six to eight arranged at different levels in the core. Thus, there is a bundle of eight coaxial cables at most, which travels in the upper internals. There can also be a thermocouple so that the number of cables is at most nine.
  • passage diameters of the neutron detectors at the level of the sealing systems of the instrumentation lances 31 with the cover 20 are historically defined for the passage of fast response collectrons (ie of the order of 2 mm in diameter), making it impossible to fit an outer duct around the collectron beam.
  • the collectron beam travels naked in the upper internals without external protective conduit, causing direct contact with the water of the primary circuit.
  • the invention aims to improve this situation by providing a self-powered neutron detector adapted to be introduced by the lid of a pressurized water nuclear reactor to reduce the risk of corrosion of the coaxial cable constituting the collectron and thus reduce the risk of loss of the neutron detection function.
  • the invention relates to a self-powered neutron detector of a pressurized water nuclear reactor comprising a tank and a lid, said lid having at least one penetration for the passage of an instrumentation lance comprising a sealing device, said detector being intended to be introduced inside the core by the instrumentation lance itself passing through the cover of said reactor, said detector being characterized in that it comprises a hollow outer conduit which surrounds a single coaxial cable forming neutron detecting means, the outer diameter of said hollow outer conduit being dimensioned to be introduced through said sealing device located in the instrumentation lance passing through said cover of said nuclear reactor.
  • the invention provides a self-powered neutron detector introduced through the lid of the tank of a pressurized water nuclear reactor operating in a dry environment, thereby reducing the risk of corrosion under stress of a cable. of the collectron, avoiding the direct contact of the coaxial cable with primary liquid of the reactor, while respecting the geometrical constraints of a neutron detector (whose lengths and diameters of each part of the detector are fixed by the sensitivity of the detector), and the formal requirements imposed by the implementation of an internal neutron instrumentation of the core based on collectrons positioned at fixed locations in a PWR type reactor with respect to the sealing system between the outer pipe and the instrumentation lances at the penetrations of the lid.
  • the detector according to the invention is a slow-response neutron detector.
  • the invention is particularly adapted to internal instrumentations formed by the combination of slow response neutron detector and fast response neutron detector.
  • the invention provides a neutron detector, typically slow response, isolated from the primary coolant of a REP type reactor by an individual outer conduit whose outer diameter, at the level of the penetration of the lid, is less than or equal to 2 mm so as to be easily implanted in the passages of the sealing devices located in the lances of instrumentation.
  • the invention proposes to individually protect each self-powered detector, and particularly rhodium collectron type detectors, in an outer conduit of reduced diameter, and not the entire beam grouping together all the detectors placed in a fuel assembly so that the assembly can be bent according to the radii of curvature required by the implantation of the internal instrumentation in the reactor core and the routing of the cables in the so-called upper internal elements of the tank.
  • the self-powered neutron detector according to the invention may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination:
  • the outer diameter of the hollow outer conduit is less than or equal to 2 millimeters along its path in the tank;
  • the outside diameter of said hollow outer duct is equal to 1.9 mm at the level of the penetration of the lid;
  • the neutron detector is a slow-response detector comprising a rhodium or vanadium emitter
  • the neutron detector is a fast response detector comprising a cobalt or platinum or hafnium emitter
  • the hollow outer conduit is a metal conduit that is not sensitive to stress corrosion phenomena in the primary water of the reactor;
  • the hollow outer conduit is made of stainless steel
  • the outer conduit is a one-piece and continuous part
  • the outer pipe has a plug welded at its end.
  • the internal instrumentation system of a pressurized water nuclear reactor comprises at least one self-powered slow response neutron detector according to the invention and / or at least one self-powered rapid response neutron detector.
  • the internal instrumentation system of a pressurized water nuclear reactor comprises at least one thermocouple.
  • the invention also relates to a pressurized water nuclear reactor comprising a lid, a tank, a fixed internal instrumentation system according to the invention.
  • Figure 1 already described in the preamble illustrates an overview of a nuclear water reactor comprising collectron type neutron detectors positioned at fixed locations according to the state of the art.
  • FIG. 2 illustrates a schematic view of a self-powered slow response neutron detector according to the invention.
  • FIGS 3 to 6 are different sectional views of the neutron detector according to the invention made according to the marks illustrated in Figure 2.
  • FIG. 2 illustrates a schematic view of a self-powered slow response neutron detector 200 according to the invention in position in a tank (not shown) of a pressurized water nuclear reactor, and introduced into the tank through a penetration 1 1 0 arranged in the lid 1 00.
  • Figures 3 to 6 show different cross-sectional views of the neutron detector with the outer conduit according to the invention at different levels in the nuclear reactor.
  • Figure 3 illustrates a sectional view of the neutron detector 200 according to the invention at the level of the instrumentation lance 1 20 of a pressurized water nuclear reactor.
  • Figure 4 illustrates a sectional view of the neutron detector 200 according to the invention at the instrumentation arm of a pressurized water nuclear reactor.
  • Figure 5 illustrates a sectional view of the neutron detector 200 according to the invention at the upper internals of a pressurized water nuclear reactor.
  • FIG. 6 illustrates a sectional view of the neutron detector 200 according to the invention at the level of the reactor core.
  • the slow-response neutron detector 200 is a rhodium neutron detector formed by a coaxial cable 240 comprising a central core constituted by:
  • a signal wire 250 for example made of Inconel®, connected at its lower end to a rhodium emitter 220,
  • a transmitter 220 for example rhodium or vanadium, electrically and mechanically connected to the signal wire 250, of a length of about ten centimeters, capable of absorbing neutrons and then emitting electrons which will be transported by the wire signal,
  • a compensation wire 230 for example made of Inconel®,
  • An electrical insulator 270 generally alumina, surrounding the metal wires 250, 230.
  • the central core is surrounded by a sheath 245, for example Inconel 600 ® thus protecting the two son, signal 250 and compensation 230.
  • the neutron detector 200 also comprises an outer conduit 21 0 surrounding the collectron 240 cable over its entire length, and at least over the entire portion of the cable located inside the reactor vessel.
  • the dimensions of the outer conduit 21 0 are imposed in the upper part (at the level of the penetration of the lid) by the dimension of the penetration 1 1 0 of the lid 1 00 as well as by the dimensions of the instrumentation lance 120 and the system of sealing 300, and in the lower part by the dimensions of the collectron cable sheath at the emitter 220 sensitive to neutrons.
  • the outer diameter of the coaxial cable 240 at the level of the neutron-sensitive portion corresponding to the diameter of the rhodium emitter 220 and the diameter of the rhodium emitter 220, are fixed dimensions specific to the detectors. collectron type because their sensitivities as well as their measurement accuracies depend on it.
  • the self-powered rhodium detectors comprise a coaxial cable 240 having an outer diameter De1 (ca) greater at the level of the neutron sensitive part, symbolized by the reference Z1 in FIG. outer diameter De2 (ca), De3 (ca) of the non-neutron sensitive part.
  • the external diameter De2 (ca) corresponds to the external diameter of the coaxial cable 240 at the upper internals illustrated in section in Figure 5 and at the horizontal instrumentation arm illustrated in section in Figure 4, and that the diameter external De3 (ca) corresponds to the external diameter of the coaxial cable 240 passing through the penetration 1 10 of the lid 1 00 illustrated in Figure 3.
  • the coaxial cable 240 which has an outer diameter equal to De2 (ca) and which runs in the upper internals at the level of the right-angle junctions located on the one hand between the vertical mechanical assemblies represented by the instrumentation lance 1 20 and horizontal (instrumentation arm) and on the other hand between the instrumentation arms ( horizontal) and the vertical instrumentation fingers, which must be bent according to imposed radii of curvature.
  • the coaxial cable 240 thus formed by the central core and the sheath 245 has a diameter of the order of 1.1 mm at the non-neutron sensitive portion.
  • the coaxial cable 240 is inserted into an outer conduit 21 0 having an outer diameter that can be variable.
  • the outer conduit 21 0 according to the invention has a constant thickness; however, the present invention is also applicable with an outer conduit 21 0 having varying thicknesses as the size of the outer conduit meets the various constraints surrounding reactor.
  • the thickness of the outer conduit 21 0 is dimensioned so as to mechanically resist the pressure of the primary liquid.
  • the outer conduit 210 has:
  • an outer diameter at the level of the instrumentation lance 1 having a value De3 (cd) less than the inside diameter of the instrumentation lance 120, and typically less than 2 mm; and advantageously of the order of 1.9 mm;
  • an outside diameter of the duct at the level of the instrumentation arm and at the level of the upper internals having a value De2 (cd), advantageously in the embodiment illustrated in FIG. 2, De2 (cd) ⁇ De3 (cd) so as to facilitate the bending operation of this portion of the outer conduit 210;
  • an outside diameter of the duct at the level of the neutron-sensitive part having a value De1 (cd) less than the inside diameter of the instrumentation lance 1 20, to possibly allow its passage for the assembly / disassembly operations, and greater than the diameter outside the coaxial cable De1 (ca).
  • This sealing system 300 is composed of three levels:
  • the outer conduit 21 0 of the detector 200 forms a monobloc sheath and continuous, ie without welding except that concerning the plug 215 at its lower end, over its entire length, or at least over the entire portion inside the reactor vessel.
  • a sheath can be manufactured from a hammering process that makes it possible to lengthen the sheath by reducing the diameter of the sheath by hammering.
  • the outer conduit 210 of the detector 200 according to the invention is made of stainless steel.
  • the invention has been particularly described for a self-powered slow-response neutron detector of the collectron rhodium type present in a pressurized water reactor (PWR); however, the invention is also applicable to a fast response auto-reactive neutron detector for example cobalt, platinum or hafnium.

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Abstract

L'invention se rapporte à un détecteur de neutrons autoalimenté (200) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée comportant une cuve et un couvercle (100), ledit couvercle présentant au moins une pénétration (110) pour le passage d'une lance d'instrumentation (120) comportant un dispositif d'étanchéité (300), ledit détecteur étant destiné à être introduit à l'intérieur du cœur par ladite lance d'instrumentation (120) elle-même traversant ledit couvercle (100) dudit réacteur, ledit détecteur (200) étant caractérisé en ce qu'il comporte un conduit extérieur creux (210) qui entoure un unique câble coaxial (240) formant des moyens de détection de neutrons, le diamètre externe dudit conduit extérieur creux (210) étant dimensionné de manière à être introduit à travers ledit dispositif d'étanchéité situé dans la lance d'instrumentation (120) traversant ledit couvercle (100) dudit réacteur nucléaire.

Description

DETECTEUR DE NEUTRONS AUTOALIMENTES D'UN REACTEUR A EAU PRESSURISEE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] L'invention se rapporte au domaine des détecteurs de neutrons autoalimentés présents dans un réacteur à eau sous pression (REP).
[0002 ] L'invention concerne plus particulièrement les détecteurs de neutrons autoalimentés introduits par la partie supérieure (i.e. le couvercle) d'un réacteur à eau pressurisée. [0003] L'invention concerne plus particulièrement les détecteurs de neutrons autoalimentés à réponse lente mais est également applicable aux détecteurs de neutrons autoalimentés à réponse rapide.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[0004 ] Les détecteurs de neutrons autoalimentés, également appelés « collections », ont été développés pour permettre la mesure précise et en position fixe des distributions de puissance dans le cœur des réacteurs. Ce type de détecteur est utilisé dans les réacteurs à eau sous pression, ainsi que sur des réacteurs expérimentaux.
[0005] Les collectrons ont une structure et un fonctionnement simples. Ils se présentent sous la forme d'un câble coaxial de faible diamètre (i.e. de l'ordre de 1 à 2 mm). L'âme centrale du câble coaxial (i.e. du collectron) est composée de deux câbles et d'un isolant entourant les dits deux câbles :
i) un premier câble dont une première partie sensible au flux de neutrons, appelée émetteur, est constituée par un isotope générant des électrons grâce à une réaction neutron/matière et une seconde partie est constituée par un câble métallique relié mécaniquement et électriquement à l'émetteur (i.e. la première partie) ;
ii) un deuxième câble métallique identique dans sa nature et son diamètre au premier câble, non relié à l'émetteur, dit « câble de compensation ».
iii) les deux câbles sont entourés d'un isolant, généralement de l'alumine. [0006] Le tout, c'est-à-dire l'âme centrale, est entouré d'une gaine métallique afin de constituer un câble coaxial.
[ 0007 ] Les collectrons sont placés et maintenus à l'intérieur du cœur du réacteur en permanence pendant le fonctionnement du réacteur. La plupart des réacteurs de type REP en service sont équipés d'un système d'instrumentation du cœur pénétrant dans la cuve par le bas, à travers des pénétrations, dites fond de cuve. Il existe cependant des réacteurs du type REP dans lesquels les collectrons sont introduits par le haut de la cuve via des pénétrations ménagées dans le couvercle de la cuve. Dans cette dernière catégorie de réacteurs, les détecteurs de neutrons autoalimentés cheminent dans des éléments mécaniques formant les « internes supérieurs » du réacteur situés sous le couvercle de la cuve et au- dessus du cœur.
[ 0008 ] Les collectrons sont classés en deux catégories :
- les collectrons à réponse lente, (généralement au rhodium) pour lesquels la réaction neutron/matière va donner lieu à une émission par l'émetteur, d'électrons par radioactivité β" ; dans ce cas, l'établissement d'un courant stable est fonction de la période de désintégration radioactive des isotopes formés ;
- les collectrons à réponse rapide (généralement au cobalt) pour lesquels la réaction neutron/matière va donner lieu à une émission d'électrons par effets Compton ou photo-électrique suite à l'absorption radiative des neutrons par l'émetteur ; le temps de réponse est inférieur à 30ms mais le rapport signal/bruit est beaucoup plus faible que pour les collectrons lents. [ 0009] Comme illustré à la figurel , en fonction de la conception des internes supérieurs, les détecteurs auto-alimentés introduits par le couvercle 20 du réacteur nucléaire 1 0 sont amenés à être cintrés afin d'épouser au mieux les liaisons situées d'une part entre les ensembles mécaniques verticaux formés par les lances d'instrumentation 31 (« instrumentation lances » en langue anglaise), et les ensembles mécaniques horizontaux 32 (i.e. les bras d'instrumentation (« yoke » en langue anglaise) et d'autre part entre les bras d'instrumentation 32 (ensembles horizontaux) et les doigts d'instrumentation verticaux 33 («instrumentation finger » en langue anglaise) plongeant dans un tube spécifique dit tube d'instrumentation au sein des éléments combustible. Ce tube d'instrumentation peut être un des tubes-guide composant le squelette mécanique de l'élément combustible ou le tube central.
[0010] Les rayons de courbure qui découlent de ces liaisons dont certaines peuvent être à angle droit peuvent être très courts, de l'ordre de quelques centimètres. Le nombre de détecteurs auto-alimentés au rhodium présents dans les éléments combustibles est en général de six à huit disposés à différents niveaux dans le cœur. Ainsi, il est constitué un faisceau de huit câbles coaxiaux au plus, qui chemine dans les internes supérieurs. Il peut aussi y avoir un thermocouple ce qui fait que le nombre de câbles est au maximum de neuf. Compte tenu des géométries et des rayons de courbures très faibles des collectrons imposés par les internes supérieurs et contrairement aux réacteurs nucléaires de type REP équipés d'un système d'instrumentation du cœur pénétrant dans la cuve par le bas, il est impossible de protéger ce faisceau par un conduit extérieur qui protégeraient l'ensemble des câbles coaxiaux d'un contact direct avec l'eau du circuit primaire et donc d'un phénomène de corrosion pouvant entraîner une perte irréversible d'isolement électrique et une incapacité à mesurer le flux de neutrons. En effet, l'ensemble ainsi formé serait trop rigide et ne pourrait pas être cintré avec les rayons de courbures requis.
[0011] De plus, les diamètres de passage des détecteurs de neutrons au niveau des systèmes d'étanchéité des lances d'instrumentation 31 avec le couvercle 20 sont définis historiquement pour le passage de collectrons à réponse rapide (i.e. de l'ordre de 2 mm de diamètre), ce qui rend impossible l'aménagement d'un conduit extérieur autour du faisceau de collectrons.
[0012] Ainsi, le faisceau de collectrons chemine nu dans les internes supérieurs sans conduit protecteur extérieur, occasionnant un contact direct avec l'eau du circuit primaire.
EXPOSE DE L'INVENTION
[0013] Dans ce contexte, l'invention vise à améliorer cette situation en proposant un détecteur de neutrons autoalimenté adapté pour être introduit par le couvercle d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée permettant de diminuer le risque de corrosion du câble coaxial constituant le collectron et donc diminuer le risque de perte de la fonction de détection de neutrons.
[0014] A cette fin, l'invention a pour objet un détecteur de neutrons autoalimenté d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée comportant une cuve et un couvercle, ledit couvercle présentant au moins une pénétration pour le passage d'une lance d'instrumentation comportant un dispositif d'étanchéité, ledit détecteur étant destiné à être introduit à l'intérieur du cœur par la lance d'instrumentation elle-même traversant le couvercle dudit réacteur, ledit détecteur étant caractérisé en ce qu'il comporte un conduit extérieur creux qui entoure un unique câble coaxial formant des moyens de détection de neutrons, le diamètre externe dudit conduit extérieur creux étant dimensionné de manière à être introduit à travers ledit dispositif d'étanchéité situé dans la lance d'instrumentation traversant ledit couvercle dudit réacteur nucléaire.
[0015] Ainsi, l'invention propose un détecteur de neutrons autoalimenté introduit à travers le couvercle de la cuve d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée fonctionnant en environnement sec, permettant par conséquent de réduire les risques de corrosion sous contrainte d'un câble du collectron, en évitant le contact direct du câble coaxial avec liquide primaire du réacteur, tout en respectant les contraintes géométriques d'un détecteur de neutrons (dont les longueurs et diamètres de chaque partie du détecteur sont fixés par la sensibilité du détecteur), et les exigences de forme imposées par l'implantation d'une instrumentation neutronique interne du cœur à base de collectrons positionnés à des emplacements fixes dans un réacteur de type REP vis à vis du système d'étanchéité entre le conduit extérieur et les lances d'instrumentation au niveau des pénétrations du couvercle.
[0016] Avantageusement, le détecteur selon l'invention est un détecteur de neutrons à réponse lente.
[0017] L'invention est particulièrement adaptée aux instrumentations internes formées par la combinaison de détecteur de neutrons à réponse lente et de détecteur de neutrons à réponse rapide.
[0018] Avantageusement, l'invention propose un détecteur de neutrons, typiquement à réponse lente, isolé du liquide de refroidissement primaire d'un réacteur de type REP par un conduit extérieur individuel dont le diamètre extérieur, au niveau de la pénétration du couvercle, est inférieur ou égal à 2mm de manière à pouvoir s'implanter facilement dans les passages des dispositifs d'étanchéité situés dans les lances d'instrumentation.
[0019] Ainsi, l'invention propose de protéger individuellement chaque détecteur autoalimenté, et particulièrement les détecteurs de type collectron au rhodium, dans un conduit extérieur de diamètre réduit, et non l'ensemble du faisceau regroupant l'ensemble des détecteurs placés dans un assemblage combustible, afin que l'ensemble puisse être cintré selon les rayons de courbures exigées par l'implantation de l'instrumentation interne dans le cœur du réacteur et le cheminement des câbles dans les éléments mécaniques dits Internes supérieurs de la cuve.
[0020] Le détecteur de neutrons autoalimenté selon l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le diamètre externe du conduit extérieur creux est inférieur ou égal à 2 millimètres le long de son cheminement dans la cuve ;
- le diamètre extérieur dudit conduit extérieur creux est égal à 1 ,9 mm au niveau de la pénétration du couvercle ;
- le détecteur de neutrons est un détecteur à réponse lente comportant un émetteur au rhodium ou vanadium ;
- le détecteur de neutrons est un détecteur à réponse rapide comportant un émetteur au cobalt ou au platine ou hafnium ;
- le conduit extérieur creux est un conduit métallique non sensible aux phénomènes de corrosion sous contrainte dans l'eau primaire du réacteur ;
- le conduit extérieur creux est en acier inoxydable ;
- le conduit extérieur est une pièce monobloc et continue ;
- le conduit extérieur comporte un bouchon soudé à son extrémité.
[0021] Avantageusement, le système d'instrumentation interne d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée comporte au moins un détecteur de neutrons autoalimenté à réponse lente selon l'invention et/ou au moins un détecteur de neutrons autoalimenté à réponse rapide. [0022 ] Avantageusement, le système d'instrumentation interne d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée comporte au moins un thermocouple.
[ 0023 ] L'invention a également pour objet un réacteur nucléaire à eau pressurisée comportant un couvercle, une cuve, un système d'instrumentation interne fixe selon l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0024 ] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées.
[ 0025 ] La figure 1 déjà décrite dans le préambule illustre une vue d'ensemble d'un réacteur nucléaire à eau comportant des détecteurs de neutrons de type collectrons positionnés à emplacements fixes selon l'état de la technique.
[ 0026] La figure 2 illustre une vue schématique d'un détecteur de neutrons autoalimenté à réponse lente selon l'invention.
[ 0027 ] Les figures 3 à 6 sont différentes vues en coupe du détecteur de neutrons selon l'invention réalisées selon les repères illustrés à la figure 2.
[0028 ] Dans toutes les figures, les éléments communs portent les mêmes références sauf précision contraire.
DESCRIPTION DETAILLEE D'UN MODE DE REALISATION
[ 0029] La figure 2 illustre une vue schématique d'un détecteur de neutrons autoalimenté à réponse lente 200 selon l'invention en position dans une cuve (non représentée) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée, et introduit dans la cuve au travers d'une pénétration 1 1 0 agencée dans le couvercle 1 00. Les figures 3 à 6 représentent différentes vues en coupe du détecteur à neutrons avec le conduit extérieur selon l'invention à différents niveaux dans le réacteur nucléaire. [ 0030 ] La figure 3 illustre une vue en coupe du détecteur de neutrons 200 selon l'invention au niveau de la lance d'instrumentation 1 20 d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. [0031 ] La figure 4 illustre une vue en coupe du détecteur de neutrons 200 selon l'invention au niveau du bras d'instrumentation d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée.
[ 0032 ] La figure 5 illustre une vue en coupe du détecteur de neutrons 200 selon l'invention au niveau des internes supérieurs d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée.
[0033 ] La figure 6 illustre une vue en coupe du détecteur neutrons 200 selon l'invention au niveau du cœur du réacteur.
[ 0034 ] Le détecteur de neutrons à réponse lente 200 selon l'invention est un détecteur de neutrons au rhodium formé par un câble coaxial 240 comportant une âme centrale constituée par :
• un fil signal 250, par exemple réalisé en Inconel® , relié à son extrémité inférieure à un émetteur rhodium 220,
• un émetteur 220, par exemple au rhodium ou au vanadium, relié électriquement et mécaniquement au fil signal 250, d'une longueur de quelque dizaine de centimètres, capable d'absorber les neutrons puis d'émettre des électrons qui seront transportés par le fil signal,
• un fil de compensation 230 par exemple réalisé en Inconel® ,
• un isolant électrique 270, généralement de l'alumine, entourant les fils métalliques 250, 230.
[0035 ] L'âme centrale est entourée par une gaine 245, par exemple en Inconel 600 ® protégeant ainsi les deux fils, signal 250 et compensation 230.
[ 0036] Le détecteur de neutrons 200 selon l'invention comporte également un conduit extérieur 21 0 entourant le câble du collectron 240 sur toute sa longueur, et au moins sur toute la partie du câble située à l'intérieur de la cuve du réacteur. Les dimensions du conduit extérieur 21 0 sont imposées en partie supérieure (au niveau de la pénétration du couvercle) par la dimension de la pénétration 1 1 0 du couvercle 1 00 ainsi que par les dimensions de la lance d'instrumentation 120 et du système d'étanchéité 300, et en partie inférieure par les dimensions de la gaine du câble du collectron au niveau de l'émetteur 220 sensible aux neutrons. [0037 ] En effet, le diamètre extérieur du câble coaxial 240 au niveau de la partie sensible aux neutrons, correspondant au diamètre de l'émetteur rhodium 220 ainsi que le diamètre de l'émetteur au rhodium 220, sont des dimensions figées propres aux détecteur de type collectrons car leurs sensibilités ainsi que leurs précisions de mesure en dépendent.
[0038 ] Ainsi, de manière classique, les détecteurs autoalimentés au rhodium comportent un câble coaxial 240 comportant un diamètre externe De1 (ca) plus important au niveau de la partie sensible aux neutrons, symbolisé par la référence Z1 à la figure 2, que le diamètre externe De2(ca), De3(ca) de la partie non sensible aux neutrons. Rappelons que le diamètre externe De2(ca) correspond au diamètre externe du câble coaxial 240 au niveau des internes supérieurs illustré en coupe à la figure 5 et au niveau du bras horizontal d'instrumentation illustré en coupe à la figure 4, et que le diamètre externe De3(ca) correspond au diamètre externe du câble coaxial 240 passant au travers de la pénétration 1 10 du couvercle 1 00 illustré à la figure 3.
[0039] C'est donc au niveau de la deuxième partie, c'est-à-dire au niveau de la partie non sensible aux neutrons, du câble coaxial 240, qui présente un diamètre extérieur égal à De2(ca) et qui chemine dans les internes supérieurs au niveau des jonctions à angle droit situées d'une part entre les ensembles mécaniques verticaux représentés par la lance d'instrumentation 1 20 et horizontaux (bras d'instrumentation) et d'autre part entre les bras d'instrumentation (horizontaux) et les doigts d'instrumentation verticaux, que l'on doit cintrer suivant des rayons de courbure imposés.
[0040 ] Avantageusement, le câble coaxial 240 ainsi formé par l'âme centrale et la gaine 245, présente un diamètre de l'ordre de 1 ,1 mm au niveau de la partie non sensible aux neutrons.
[0041 ] Dans la présente invention, le câble coaxial 240 est inséré dans un conduit extérieur 21 0 présentant un diamètre extérieur pouvant être variable. Pour simplifier la description, le conduit extérieur 21 0 selon l'invention présente une épaisseur constante ; toutefois, la présente invention est également applicable avec un conduit extérieur 21 0 présentant des épaisseurs variables tant que l'encombrement du conduit extérieur répond aux différentes contraintes environnantes du réacteur. L'épaisseur du conduit extérieur 21 0 est dimensionnée de manière à résister mécaniquement à la pression du liquide primaire.
[0042 ] Ainsi, de manière à répondre aux contraintes de dimensions environnantes, le conduit extérieur 210 présente :
- un diamètre extérieur au niveau de la lance d'instrumentation 1 20 présentant une valeur De3(cd) inférieure au diamètre intérieur de la lance d'instrumentation 120, et typiquement inférieur à 2 mm ; et avantageusement de l'ordre de 1 ,9 mm ;
un diamètre extérieur du conduit au niveau du bras d'instrumentation et au niveau des internes supérieurs présentant une valeur De2(cd), avantageusement dans le mode de réalisation illustré à la figure 2, De2(cd) < De3(cd) de manière à faciliter l'opération de cintrage de cette partie du conduit extérieur 210 ;
un diamètre extérieur du conduit au niveau de la partie sensible aux neutrons présentant une valeur De1 (cd) inférieure au diamètre intérieur de la lance d'instrumentation 1 20, pour permettre éventuellement son passage pour les opérations de montage/démontage, et supérieure au diamètre extérieur du câble coaxial De1 (ca).
[ 0043 ] Au niveau de la pénétration 1 1 0 du couvercle 1 00, il est prévu un système d'étanchéité 300. Ce système d'étanchéité 300 est composé de trois niveaux :
un premier niveau d'étanchéité réalisé entre le couvercle 1 00 et la lance d'instrumentation 1 20 ;
un deuxième niveau d'étanchéité réalisé entre la lance d'instrumentation 1 20 et le conduit extérieur 21 0 du détecteur 200 ; un troisième niveau d'étanchéité réalisé entre le conduit extérieur 21 0 et le câble coaxial 240 du détecteur de neutrons 200, dit étanchéité primaire ; ce troisième niveau d'étanchéité est individuel à chaque détecteur 200 composant le faisceau et est réalisé par un système d'étanchéité par exemple de type brasage ou « Swagelok ».
[0044 ] Ainsi, le conduit extérieur 21 0 du détecteur 200 forme une gaine monobloc et continue, i.e. sans soudure excepté celle concernant le bouchon 215 à son extrémité inférieure, sur toute sa longueur, ou au moins sur toute la partie située à l'intérieur de la cuve du réacteur. A titre d'exemple une telle gaine peut être fabriquée à partir d'un procédé de martelage permettant d'allonger la gaine en réduisant par martelage le diamètre de la gaine. [0045] Avantageusement, le conduit extérieur 210 du détecteur 200 selon l'invention est réalisé en acier inoxydable.
[0046] L'invention a été particulièrement décrite pour un détecteur de neutrons autoalimentés à réponse lente de type collectron rhodium présents dans un réacteur à eau sous pression (REP) ; toutefois, l'invention est également applicable à un détecteur de neutrons autoalimenté à réponse rapide par exemple au cobalt, au platine ou encore au hafnium.

Claims

REVENDICATIONS
Détecteur de neutrons autoalimenté (200) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée comportant une cuve et un couvercle (100), ledit couvercle présentant au moins une pénétration (1 10) pour le passage d'une lance d'instrumentation (120) comportant un dispositif d'étanchéité (300), ledit détecteur étant destiné à être introduit à l'intérieur du cœur par ladite lance d'instrumentation (120) elle-même traversant ledit couvercle (100) dudit réacteur, ledit détecteur (200) étant caractérisé en ce qu'il comporte un conduit extérieur creux (210) qui entoure un unique câble coaxial (240) formant des moyens de détection de neutrons, le diamètre externe dudit conduit extérieur creux (210) étant dimensionné de manière à être introduit à travers ledit dispositif d'étanchéité situé dans ladite lance d'instrumentation (120) traversant ledit couvercle (100) dudit réacteur nucléaire.
Détecteur de neutrons autoalimenté (200) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée selon la revendication précédente caractérisé en ce que ledit diamètre externe dudit conduit extérieur creux (210) est inférieur ou égal à 2 millimètres le long de son cheminement dans la cuve.
Détecteur de neutrons autoalimenté (200) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le diamètre extérieur dudit conduit extérieur creux (210) est égal à 1 ,9mm au niveau de la pénétration du couvercle (100).
Détecteur de neutrons autoalimenté (200) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit détecteur de neutrons est un détecteur de neutrons à réponse lente comportant un émetteur (220) au rhodium ou vanadium.
Détecteur de neutrons autoalimenté (200) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que ledit détecteur de neutrons est un détecteur de neutrons à réponse rapide comportant un émetteur au cobalt ou au platine ou hafnium
6. Détecteur de neutrons autoalimenté (200) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le conduit extérieur creux (210) est un conduit métallique non sensible aux phénomènes de corrosion sous contrainte dans l'eau primaire du réacteur. 7. Détecteur de neutrons autoalimenté (200) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le conduit extérieur creux (210) est en acier inoxydable.
8. Détecteur de neutrons autoalimenté (200) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le conduit extérieur (210) est une pièce monobloc et continue.
9. Détecteur de neutrons autoalimenté (200) d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le conduit extérieur comporte un bouchon (215) soudé à son extrémité.
Système d'instrumentation interne d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée caractérisé en ce qu'il comporte au moins un détecteur de neutrons autoalimenté selon l'une des revendications 1 à 9.
1 1 . Système d'instrumentation interne d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte au moins un thermocouple.
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