Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Le développement d’une mesure non destructive de la pression et de la composition gazeuse dans un crayon combustible est un projet d’innovation très bénéfique pour le nucléaire. Son aboutissement permettrait de multiplier les mesures et donc d’améliorer notre connaissance des comportements des produits combustible en réacteur, tout en diminuant les déchets et les risques radiologiques pour les intervenants. La collaboration en cours entre EDF et l’IES (Université de Montpellier / CNRS) a pour objectif de parvenir à réaliser directement en milieu industriel des mesures exploitables, y compris sur des crayons neufs ou faiblement irradiés présentant une pression interne faible.
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The development of a non-destructive measurement of the pressure and gas composition in a fuel rod is a highly beneficial innovation project for the nuclear industry. Its completion would make it possible to increase the number of measurements and thus improve our knowledge of the behavior of fuel products in the reactor, while reducing waste and radiological risks for those involved. The current collaboration between EDF and IES (Montpellier University / CNRS) aims to achieve usable measurements directly in EDF’s nuclear facilities, including new or slightly irradiated rods with low internal pressure.
Auteur(s)
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Jean-Yves FERRANDIS : Ingénieur de recherche CNRS - IES (Institut d’Electronique et des Systèmes), UMR5214, université de Montpellier / CNRS, France
-
Rémi TOURNEUX : Chargé d’affaire combustible nucléaire - EDF, division Combustible nucléaire (EDF/DPNT/DCN), France
INTRODUCTION
Parvenir à réaliser des mesures sur les assemblages de combustible d’uranium, directement dans les piscines de désactivation des centrales nucléaires est un objectif complexe mais utile pour multiplier efficacement les mesures et les applications.
Aujourd’hui pour pouvoir mesurer la pression ou la composition interne des gaz de fission d’un crayon, il est nécessaire de procéder à des opérations lourdes et générant une exposition radiologique pour les intervenants (extraction du crayon à analyser, transport du crayon avec un emballage spécialisé et soumis à agrément de l’Autorité de sûreté nucléaire, réception du crayon dans un laboratoire spécialisé pour pouvoir analyser le gaz contenu à l’intérieur, puis mise en déchet du crayon).
Une mise en œuvre directement en piscine de désactivation permettrait donc d’éviter des opérations lourdes, coûteuses et sensibles d’un point de vue sûreté nucléaire/radioprotection et de diminuer la production de déchets nucléaires.
Ces dernières années, EDF, IES et le fabricant de sonde SONAXIS ont donc travaillé conjointement pour progresser vers cet objectif, ce qui a impliqué des travaux conséquents pour optimiser le traitement du signal et réaliser des capteurs opérationnels suffisamment miniaturisés pour permettre une utilisation dans le faisceau d’un assemblage combustible. Des travaux ont également été réalisés pour démontrer qu’une mise en œuvre des sondes sans assistance manuelle directe dans une configuration proche d’une intervention sur assemblage en piscine de désactivation de combustible était possible. Il a notamment été nécessaire d’aboutir à un design de porteur prototype permettant de maîtriser le positionnement et la force d’appui du capteur sur un crayon. Enfin, différentes configurations de crayons, représentatives du parc EDF (épaisseurs de tubes, ressorts, niveau d’oxydation), ont été testées et les impacts sur la mesure ont été quantifiés.
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KEYWORDS
fuel rod | non-destructive measurement | pressure | nuclear industry
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Amélioration des performances des capteurs3. Optimisation du traitement du signal
Un élément important de la chaîne de mesure, bien au-delà de la qualité du capteur, est le traitement du signal associé. Le logiciel d’acquisition et de traitement du signal a été optimisé pour augmenter la réjection du bruit, sans aucune hypothèse sur les parasites.
Les échogrammes présentés figure 1 et figure 2 permettent de visualiser l’influence des types de couplant sur le signal récupéré.
Dans le cas de l’utilisation d’un couplant de miel (figure 1) le signal de gaz (en rouge) dépasse de la résonance du tube (en bleu) tandis que, dans le cas d’un couplant d’eau (figure 2), le signal de gaz est enfoui dans le bruit de la résonance du tube.
Les logiciels d’acquisition et de traitement du signal, développés lors des études précédentes, ont été optimisés pour augmenter les réjections de résonance (bruit) qui ne sont pas utiles. Ils permettent une analyse des signaux aux deux fréquences de sensibilité maximale du capteur.
Ce logiciel est composé de plusieurs modules :
-
un module de prétraitement du signal ;
-
un module de décomposition du signal en somme d’échos théoriques ;
-
un module théorique d’optimisation du réglage de l’écho ;
-
un module de mesure du signal et du bruit.
La figure 3 représente le signal de la figure 2 après traitement. L’amplitude des échos peut être mesurée sur la courbe magenta, le bruit sur la courbe rouge.
Au final, ce logiciel permet le calcul du rapport signal sur bruit des échos détectés après un filtrage du bruit. Il s’est avéré extrêmement utile pour caractériser les performances des différentes technologies de capteurs en identifiant le gain et le bruit dans des conditions expérimentales données (pression, composition, type de couplant, fréquence d’excitation du capteur) et donner accès à la pression seuil du capteur (pression limite basse).
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Un traitement du signal qui optimise la réjection du bruit.
-
Des fréquences de travail spécifiques...
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Optimisation du traitement du signal
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HANNUM (W.) et al - Réacteur à neutrons rapides contre déchets nucléaires. - Pour la science, p. 32-39, janv. 2006.
-
(2) - BELAUD (S.) - Énergie nucléaire : le nouvel élan. - Le journal du CNRS, (195), p. 19-27, avr. 2006.
-
(3) - OLANDER (D.R.) - Fundamental aspects of nuclear fuel elements. - Chapter 15, TID-26711-P1. US Dept of Energy (1976).
-
(4) - THEVENIN (R.M.-P.), BARON (D.), PETITPREZ (B.), PLANCQ (D.) - CYRANO3: the industrial PLEIADES fuel performance code for EDF PWR studies. -
-
(5) - BARON (D.) et al - CYRANO 3 the EDF fuel performance code especially designed for enginneering applications. - In: Water reactor fuel performance meeting proceeding, Seoul (2008).
-
(6) - JOHNSON (K.O.), COFFMAN (F.M.) - Leak...
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