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RÉSUMÉ
Dans les centrales nucléaires, le combustible est stocké dans des tubes hermétiques appelés crayons combustibles. Les éléments radioactifs confinés libèrent au fur et à mesure de leur activité un mélange d’hélium et de xénon. À ce jour, il n’existe aucun contrôle non destructif pour suivre l’évolution de la production de ces gaz de fission. Cet article présente un dispositif acoustique innovant qui permet de mesurer leur pression et leur composition, de détecter le crayon défectueux et d’aider à la prise de décision du rechargement d’un assemblage. Cet outil peut également aider à une meilleure évaluation des marges vis-à-vis du critère de sûreté correspondant.
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Eric Rosenkrantz
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Jean-Yves Ferrandis
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Gérard Lévêque
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Daniel Baron
INTRODUCTION
La consommation d'électricité dans le monde ne cesse de croître. En France, environ 80 % de l'électricité est produite à partir de l'énergie nucléaire. Dans les centrales, le combustible nucléaire est conditionné dans des tubes hermétiques, les crayons combustibles. En confinant les éléments radioactifs, les crayons constituent la première barrière biologique vis-à-vis de l'environnement. Au fur et à mesure de son activité de désintégration, après plusieurs cycles en centrale, l'uranium produit dans le tube qui le contient des gaz, essentiellement de l'hélium et du xénon. Un meilleur suivi du relâchement (mesure de la pression et de la composition) des gaz de fission pourrait permettre une optimisation de la durée d'utilisation des crayons en centrale. À ce jour, les seuls contrôles effectués sont destructifs : les crayons sont extraits des centrales, puis percés et les gaz analysés. Une mesure non destructive in situ des propriétés de ces gaz constituerait une avancée considérable dans le contrôle de la gestion des centrales.
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1. Introduction
Eric ROSENKRANTZ, maître de conférences, Institut d’électronique du Sud (IES). UMR CNRS-UM2 5214, Université Montpellier.
Jean-Yves FERRANDIS est ingénieur de recherche CNRS, Institut d’électronique du Sud (IES). UMR CNRS-UM2 5214, Université Montpellier.
Gérard LÉVÊQUE est professeur émérite, Institut d’électronique du Sud (IES). UMR CNRS-UM2 5214, Université Montpellier.
Daniel BARON est ingénieur sénior EDF R
1.1 Position du problème vers une meilleure utilisation du combustible nucléaire
Une centrale est constituée de plusieurs unités de production ou tranches de puissance caractéristique, de 900, 1 300 ou 1 400 MWe. Actuellement, on effectue un arrêt de tranche par an pour remplacer un quart du combustible (figures 1 et 2). Dans l'optique d'accroître la productivité des centrales, on a commencé par mettre en œuvre des cycles de 18 mois avec une gestion par tiers du cœur.
Pour gérer le combustible, on utilise une grandeur énergétique représentant son niveau d'utilisation : le taux de combustion. Il correspond à l'intégrale dans le temps de la puissance générée par unité de masse d'atomes métalliques, et s'exprime en mégawatt jour par tonne d'atomes métalliques MWj/tM. Chaque arrêt de tranche coûte en moyenne 4,5 Me et une augmentation du taux de combustion de 20 % permettrait de réaliser une économie annuelle de 45 Me sur les 50 réacteurs arrêtés chaque année. Mais au final, ce seront aussi 20 % de déchets en moins chaque année. Il est prévu d'augmenter le taux de combustion (au moment du déchargement) et de recycler le plutonium dans les réacteurs de IVe génération ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HANNUM (W.) et al - Réacteur à neutrons rapides contre déchets nucléaires. - Pour la science, p. 32-39, janv. 2006.
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(2) - BELAUD (S.) - Énergie nucléaire : le nouvel élan. - Le journal du CNRS, (195), p. 19-27, avr. 2006.
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(3) - OLANDER (D.R.) - Fundamental aspects of nuclear fuel elements, chapter 15, TID-26711-P1. - US Dept of Energy (1976).
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(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 detector probe for fuel rods. - Patent number :...
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