[PDF] INSTRUMENTATION NUCLEAIRE POUR LES SYSTEMES

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HABILITATION a DIRIGER desRECHERCHES

Universite de CAEN Basse-Normandie

prleparlee au laboratoire

Capteurs et ArchitecturesElectroniques

CEA-LIST Saclay

dans le cadre de l" lEcole Doctorale

Structure, Information, Matiere et Materiaux

prlesentlee et soutenue publiquement par

Stephane NORMAND

le 17 novembre 2010

Titre:

INSTRUMENTATION NUCLEAIRE POUR LES

SYSTEMES INDUSTRIELS DE MESURE

Directeur de recherche:Gilles BAN, Universite de CAEN Jury Prof. Bernard TAMAIN, ENSICAEN, Caen, Prlesident du jury Prof. Hamid AIT ABDERRAHIM, SCK-CEN, Belgique, Examinateur Dr. Annick BILLEBAUD, CNRS/LPSC, Grenoble, Rapporteur

Dr. Xavier LEDOUX, CEA/DAM, BruyTeres, Rapporteur

Prof. Gilles BAN, ENSICAEN, Caen, Directeur de Recherche ii

Resume

Ce travail prlesente les avanclees en instrumentation nuclleaire pour les domaines liles Ta l"industrie du cycle du combustible, Ta l"industrie des systTemes lelectrogTenes nuclleaires et aux domaines de la slecuritle du travailleuràdosimletrieI mais aussi de la slecuritle dans le cadre du Chomeland security actC 1. Dans une premiTere partie, les aspects rleacteurs sont abordles, plus particuliTere- ment l"instrumentation dite in-core, Ta base de chambre Ta assion. Le mode de fonction- nement dit CfuctuationCou Campbell est largement abordle.Les progrTes concernant la maintenance prledictive des systTemes de mesure neutronique, sont legalement prle- sentles. Dans une seconde partie, l"instrumentation pour le contr^ole nuclleaire procledle, la radioprotection et la slecuritle est introduite. Les aspects capteurs sont exposles au travers des compteurs proportionnels Hlelium-3 et des scintillateurs plastiques notamment pour la discrimination neutron/gamma Ta bas co^ut. Les nouvelles pla- teformes lelectroniques multi-capteurs adaptlees Ta ces technologies sont legalement prlesentlees. Elles sont conmcues dans le cadre du dleveloppement des systTemes de me- sures plerennes pour l"industrie de l"aval du cycle du combustible. La thlematique capteur dosimletrique pour le travailleur est abordlee. Enan, la conclusion dressera les grandes tendances qui se dessinent dans ces secteurs d"activitles en termes de recherche et dleveloppement Ta conduire dans les prochaines annlees.

1Loi sur le contrˆole aux fronti`eres am´ericaines vot´ee depuis les ´ev´enements du 11 septembre

2001
iii

Abstract

This work deals with nuclear instrumentation and its application to industry, power plant fuel reprocessing plant and analy with homelandsecurity. The arst part concerns the reactor instrumentation, in-core and ex-core mea- surement system. Ionization Uranium assion chamber will beintroduced with their acquizition system especially Campbell mode system. Some progress have been done on regarding sensors failure foresee. The second part of this work deals with reprocessing plant and associated instru- mentation for nuclear waste management. Proportionnal counters technics will be discussed, especially Helium-3 counter, and new development on electronic concept for reprocessing nuclear waste plant àone electronic for mutlipurpose acquizition sys- temI. For nuclear safety and security for human and homelandwill be introduce. First we will explain a new particular approach on operationnal dosimetric mea- surement and secondly, we will show new kind of organic scintillator material and associated electronics. Signal treatment with real time treatment is embedded, in or- der to make neutron gamma discrimination possible even in solid organic scintillator. Finaly, the conclusion will point out future, with most trends in research and development on nuclear instrumentation for next years. iv

Remerciements

Tout d"abord je souhaiterais remercier Xavier et Annick d"avoir acceptle la dif- acile t^ache d"^etre rapporteur de ce travail. Je tiens legalement Ta remercier Hamid pour avoir accepter de faire parti de ce jury malgrle un emploi du temps trTes chargle. Enan merci Ta toi Bernard d"avoir acceptle d"^etre prlesident de ce jury. La HDR n"est pas un aboutissement c"est plut^ot un point au cours de la carriTere d"un chercheur, oTu on prend le temps de se poser et de synthletiser 10 ans de RBD avant de repartir vers d"autres enjeux, d"autres challenges. Au moment oTu j"lecris ces lignes, je ne peux m"emp^echer Ta celles que j"lecrivais il ya dix ans au moment de remettre mon mlemoire de thTese sur le fait qu"un travail de recherche, surtout dans le domaine oTu j"levolue, Ta savoir la recherche technologique, ne peut ^etre l"oeuvre d"une seule personne, mais plut^ot l"oeuvre d"un groupe de personnes ayant la m^eme vision et partageant le m^eme objectif. Alors que dire de l"lequipe que je dirige depuis maintenant quatre ans? Que le management d"une lequipe de recherche est un rleel challenge, fatiguant certes mais ^o combien gratiaant tantles occasions de partager la joie de petites avanclees sont importantes mais parfois peu frlequentes Ta notre go^ut. Alors je dledie professionnellement l"ensemble de ce travail Ta l"ensemble de l"lequipe àpar ordre alphabletique, sinon je vais faire des jalouxèI :Guillaume Arrias, l"lelec- tronicien passionnle, Karim Boudergui, le vieux routier des a"aires EDF et AREVA, fan des dialogues inter-instrumentaux, Jean-Michel Bourbotte, le responsable en chef du montage des cartes lelectroniques du labo, Gwenolle Corre, la force tranquille du design FPGA, Thierry Domenech, la mlemoire du labo, mais aussi le marseillais Ta Parisè, Anne-Marie Frelin-Labalme, la physicienne, poilsTa gratter, Mathieu Hamel, mon chercheur chimiste fou, post-doc d"un jour chercheur toujours, Ctout est pos- sible, pas de problTeme je te synthletise cela pour lundiC, n"est ce pas? Hassen Hamrita, l"lelectro-physico-chef de projet Lorine, Vladimir Kondrasovs, mon ma^rtre vlenlerle en lelectronique, mais surtout un sparring partner d"lechanges sur la physique des cap- teurs, Licinio Rocha responsable de l"optique labo, et un laser monsieurè, Vesna Simic, oui on dit Chimic, la chimico-polymlero-chef de projetS, Mathieu Trocme, le physicien tout frais moulu de sa future thTese et enan RomualWoo le pro de Labview. Enan je terminerais par une penslee spleciale pour Romain Coulon, mon premier doctorant, qui m"a supportle et qui a mis tant de sueur sur unethTese qui n"avait de simple que le titre, un seul mot bravo Romainè Une petite penslee legalement Ta Lorc Barbot qui a participle Ta une partie de ces travaux, mais qui, ne supportant plus le temps maussade de la rlegion parisienne, a dlecidle de rejoindre les prairies dleslechlees du sud de la Franceè v

REMERCIEMENTS

Je ne serais pas au CEA sans l"oeuvre de deux hommes : le Professeur Michel Louvel et Serge Haan, ce sont eux qui m"ont guidle tout au longde ma thTese, la premiTere, la vraieè Je remercie legalement Alain Pluquet de m"avoir conale le CcommandementCd"une lequipe de RBD dlebut 2007. Je tiens Ta exprimer ma gratitudeTa mon actuel chef de dlepartement M. Laurent Disdier qui m"a encouragle dans cette dlemarche longue et haletante qu"est la rledaction d"une HDR. Mon dernier mot sera pour mon actuel directeur de recherche,Gilles Ban. Merci Ta toi Gilles, de ta patience, de tes nombreuses relectures,de tes conseils sur ce mle- moire qui est quelque part aussi ton oeuvre indirecteè Enan un grand merci Ta Solweig, Romain et Florence pour avoirsupportle un pTere ou un mari peu disponible pendant quelques moisè vi

Table des matieres

Rlesumle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iii Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v Table des matiTeres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii

Introduction1

1 Aspects instrumentaux pour les reacteurs 5

1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2 Capteurs pour la mesure neutronique ex-core . . . . . . . . . . . .. . 6

2.1 Compteur proportionnel Ta dlep^ot de Bore . . . . . . . . . . . .7

2.2 Chambre d"ionisation Ta dlep^ot de Bore . . . . . . . . . . . . . 8

2.3 Chambre Ta assion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 Capteurs pour la mesure neutronique in-core . . . . . . . . . . . .. . 8

3.1 Le SPND ou collectron . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

3.2 L"aleroball . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.3 La chambre Ta assion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4lEtude des chambres Ta assion : dlep^ot d"Actinides . . . . . . . .. . . . 13

5 Modlelisation des chambres Ta assion . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 16

5.1 Simulations : code et rlesultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.2 Comparaison simulation - mesure . . . . . . . . . . . . . . . . 17

5.3 Optimisation des paramTetres d"une nouvelle chambre Taassion 22

6 Modes de mesure et estimateurs statistiques associles Ta une chambre

Ta assion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

6.1 Mode impulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

6.2 Mode fuctuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

6.3 Mode courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

6.4 Mlethode glenlerique d"alignement des modes . . . . . . . . .. 27

7 E"et de l"environnement et du vieillissement sur le fonctionnement

d"une chambre Ta assion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

7.1 E"et de la templerature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

7.2 Usure du dlep^ot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

7.3 Usure du gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

7.4 Analyse globale du vieillissement . . . . . . . . . . . . . . . . 33

7.4.1 Mesures temporelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

7.4.2 Mesures frlequentielles . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

7.4.3 Analyse des rlesultats explerimentaux . . . . . . . . . 36

7.5 Maintenance prledictive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

vii

TABLE DES MATI`ERES

7.6lEvolution des coeecients de sensibilitle . . . . . . . . . . . . . 417.6.1 Mode impulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 417.6.2 Mode fuctuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437.6.3 Mode courant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457.6.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

8 Impledance de transfert des c^ables Ta haute immunitle EM .. . . . . . 45

8.1 Cas Ta simple blindage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

8.2 Cas Ta double blindage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

9 Architecture lelectronique pour la mesure en rleacteur . .. . . . . . . 54

9.1 Partie analogique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

9.2 Partie numlerique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

10 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

2 Aspects usine, radioprotection et securite 59

1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

2 Simulation du comportement lelectrique d"un compteur proportionnel 60

3lEtude de la dlerive des charges dans les mlelanges de gaz . . . .. . . 62

3.1 ParamTetres des compteurs simulles . . . . . . . . . . . . . . . . 63

3.2 Rlesultats de l"letude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

4 Architectures lelectroniques pour les usines de l"aval ducycle . . . . . 66

4.1 Position du problTeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

4.2 Architecture lelectronique unialee . . . . . . . . . . . . . . . .. 68

5 Dosimletrie oplerationnelle pour la radioprotection . . .. . . . . . . . 70

5.1 Grandeurs dosimletriques mesurlees . . . . . . . . . . . . . . . 70

5.2 Principe de l"optimisation de la rleponse . . . . . . . . . . . .71

5.3 Analyse et exploitation des rlesultats . . . . . . . . . . . . . .72

6 Scintillateurs pour les mesuresγ-neutron dans le domaine de la slecuritle 74

6.1 Aspect matleriaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

6.1.1 Dopage en plomb pour la dletection X et gamma . . . 75

6.1.2 1,8-Naphthalimides pour la discrimination n/γ. . . 75

6.2 Aspect traitement du signal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

Conclusions et perspectives85

1 Perspectives pour les aspects rleacteurs . . . . . . . . . . . . . .. . . 85

2 Perspectives pour les aspects usines aval du cycle . . . . . . .. . . . 86

3 Perspectives pour les aspects capteurs pour la slecuritle. . . . . . . . 87

4 Conclusion glenlerale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

Bibliographie89

viii

Introduction

L"instrumentation nuclleaire existe depuis le dlebut de lamesure de la radioacti- vitle. Elle a m^eme letle rebaptislee comme ClelectroniquenuclleaireC par le Professeur Blanc dans son Que-sais-je sur l"instrumentation. Cette approche globale montre bien le lien fort existant entre le dletecteur de rayonnement et son lelectronique asso- cilee. Cette derniTere est forclement spleciaque en raisonde la classe de signaux adresslee àlarge bande, caractTere stochastique, faible rapport signal Ta bruitI. Le domaine de l"instrumentation est donc nle d"une part de lanlecessitle de rlealiser les mesures nlecessaires au pilotage des premiTeres piles atomiques, et d"autre part des besoins liles au dleveloppement des grandes expleriences de physique nuclleaire et de la physique des particules pour la comprlehension de la structure de la matiTere. Depuis, de nombreux dleveloppements ont conduit Ta des ruptures technologiques en termes de conception de systTemes, avec le passage du tout analogique au tout numlerique pour les aspects lelectroniques, tant du point de vue pilotage que de celui du cycle du combustible ou des expleriences de physique. Pour les aspects capteurs, les amleliorations des techniques d"analyse et l"augmen- tation des frlequences d"lechantillonnage ont permis des avanclees signiacatives en ce qui concerne l"analyse ane des phlenomTenes de dletection intrinsTeques aux capteurs. Autant les processus physiques de base au sein de ces capteurs sont bien connus, autant les processus secondaires et leurs implications et conslequences sur les forma- tions de ces signaux, comme l"analyse frlequentielle en ligne des signaux de chambres Ta assion pour la dletection prlecoce de dlefaillances, demandent encore une attention particuliTere et une poursuite des travaux engagles. Ce travail de recherche s"articule donc autour de deux parties, dont les problle- matiques instrumentales spleciaques sont compllementaires. En e"et, la probllema- tique lelectronique est abordlee di"leremment en rleacteur, en usine ou encore pour le domaine de la slecuritle : pour le premier cas, il n"est paspossible de positionner l"lelectronique Ta proximitle du dletecteur au risque de ladlegrader rapidement, pour le second, c"est surtout l"aspect multivoies qui est recherchle. Enan, pour les aspects portant sur la slecuritle NR

2, ce sont les paramTetres de co^ut qui sont prioritaires et

qui impliquent des choix de capteurs trTes restrictifs. Lesfaibles performances intrin- sTeques du capteur sont alors compenslees par l"algorithmie et le traitement embarqule. En e"et, le co^ut de la puissance de calcul a particuliTerement chutle lors de ces dix derniTeres annlees et permet d"accleder Ta des puissances de traitement du signal par- ticuliTerement importantes àla puissance de calcul doubletous les 18 mois, comme

2Nucl´eaire et Radiologique

1

INTRODUCTION

prledit par la loi de Moore, alors que dans le m^eme temps le prix est divisle par deuxI. Le premier chapitre de ce travail concerne l"instrumentation rleacteur avec plus spleciaquement les mesures neutroniques in-core. Il donnelegalement les axes de dle- veloppement Ta suivre pour les futures glenlerations de rleacteur, comme le projet du rleacteur Astrid au CEA, futur prototype de rleacteur de glenleration IV. Il permettra un fonctionnement en mode surglenlerateur et une destruction partielle des dlechets Ta vies longues. L"letat de l"art concernant l"instrumentation in-core et ex-core consiste pour l"essentiel Ta faire fonctionner les cha^rnes de mesure en mode courant et, ainsi, n"exploiter qu"une iname partie de l"information disponible dans le signal physique. Nous proposons ici une utilisation letendue de l"information frlequentielle qui nleces- site une meilleure conception des systTemes de transmission de l"information. Cette probllematique a conduit au dleveloppement de nouveaux c^ables minleraux. L"letude des chambres Ta assion a legalement permis de revisiter leurconception ainsi que leurs modes de fonctionnement, en particulier l"analyse des formes de dlep^ot a aidle Ta com- prendre les di"lerences de sensibilitle observlees entre chambres Ta assion, inexpliqulees jusqu"alors. Le second chapitre porte sur l"instrumentation pour le Ccontr^ole nuclleaire pro- cledleC des usines de retraitement, et, l"instrumentationpour la radioprotection et la slecuritle. L"instrumentation nuclleaire est cruciale pour une telle usine, puisque les aspects liles Ta la s^uretle de fonctionnement dlependent de la mise en oeuvre d"instru- mentation nuclleaire spleciaque. Se posent alors les deux principaux problTemes traitles dans cette partie, la plerennitle des systTemes de mesure etcomment rendre plus com- municante et informative, au niveau d"une usine de retraitement, une lelectronique nlecessairement multivoies. Nous nous sommes plus spleciaquement intleressles aux probllematiques des hauts taux de comptage dans les usines de l"aval du cycle. La nouveautle de ce travail porte sur la conception de systTemes aptes Ta fonctionner en mode pulsle et Ta hauts fux neutroniques interrogateurs. Les taux de combustion ont fortement augmentle ces derniTeres annlees, augmentant defait l"activitle rlesiduelle des lellements combustibles Ta retraiter. La plupart des systTemes actuellement en ser- vice sont obsolTetes, dans le sens oTu ils ne peuvent plus ^etre dupliqules et ne sont pas capables de supporter ces nouveaux niveaux de fux gamma et/ou neutron. Ils nlecessitent donc d"^etre modernisles. La dleanition et laconception de nouvelles archi- tectures des systTemes d"acquisition seront dlevelopplees dans cette partie. Enan, nous prlesentons nos travaux sur l"instrumentation pour la radioprotection et la slecuritle, au niveau de la dosimletrie oplerationnelle et des nouvelles possibilitles d"utilisation des scintillateurs organiques solides. L"impact sociletal lile au domaine de la slecuritle est trTes important depuis les attentats du 11 septembre 2001. Les dleveloppements des technologies portant sur la slecurisation soit de la cha^rne logistique avec les contai- ners de transport de fret, soit du transport de passagers n"en sont qu"Ta leurs dlebuts. En e"et, les aspects liles Ta la slecuritle ont crlele de nouveaux besoins en termes de per- formances pour les systTemes de type balise ou portique de contr^ole d"entrlee/sortie de site Ta surveiller. L"letat de l"art vise Ta utiliser des systTemes bas co^ut, en ce sens, les scintillateurs organiques solides àplastiquesI sont une premiTere rleponse. Cepen- dant, du fait d"un traitement limitle, les informations remontlees par ces capteurs sont trTes limitlees jusqu"alors àsimple taux de comptage global au dessus d"un seuil 2

INTRODUCTION

axle au dessus du bruitI. Notre travail a portle Ta la fois surla conception de nou- veaux matleriaux mais legalement sur le dleveloppement d"un systTeme d"acquisition et de traitement temps rleel permettant la mise en oeuvre d"algorithmes de traitement plus performants. Ces algorithmes concernent plus spleciaquement la discrimination entre les neutrons rapides et les gamma. Pour les aspects dosimletriques, l"levolution que nous proposons par rapport Ta l"letat de l"art est une simpliacation du systTeme par l"utilisation de seuils lelectroniques permettant Ta la fois une diminution des limites de dletection et l"introduction de systTemes spectromletriques plus complets. Enan je concluerai sur les synthTeses pour ces domaines instrumentaux et donnerai les perspectives pour ces grands domaines instrumentaux appliqules aux besoins de l"industrie nuclleaire et de la sociletle. 3

INTRODUCTION

4

Chapitre 1Aspects instrumentaux pour lesreacteurs

Ce chapitre porte sur l"instrumentation rleacteur et plus spleciaquement sur une letude exhaustive des chambres Ta assion ainsi que des axes de dleveloppement inno- vants envisageables en vue d"amleliorer la disponibilitledes rleacteurs lelectrogTenes.

1 Introduction

L"instrumentation rleacteur a deux objectifs : le premier est de permettre l"ex- ploitation de famcon optimale du rleacteur ày compris au niveau de la slecuritle et de la s^uretle du coeurI et le second est de permettre, aprTes un leventuel accident, d"avoir une information rlesiduelle sur l"letat du coeur. La mesure neutronique utilise des convertisseurs du fait que le neutron est une particule non directement ionisante. En ce sens, la agure 1.1 prlesente les sections eecaces d"absorption neutronique des principaux isotopesutilisles, le Bore-10, le

Lithium-6, l"Uranium-235 et l"Hlelium-3.

Le systTeme doit ^etre apte Ta fonctionner continuement sur10 Ta 12 dlecades de dlebit de fuence neutronique, comme le montre la agure 1.2. La solution actuelle utilise trois voies lelectroniques et des basculements entre voies dans des zones de fux neutroniques dits de recouvrement. ConcrTetement, l"information issue du cap- teur passe par un seul et m^eme prle-ampliacateur Ta collecte de courant. Elle est ensuite mise Ta disposition des trois voies de mesures internes au CCN1, qui rlea- lisent l"lelaboration de la mesure, au travers des conditionnements analogique puis numlerique indlependants l"un de l"autre. L"levaluation du fux est alors rlealislee sur chaque voie par un estimateur statistique ad hoc. Le calculateur fournit in ane une seule et unique valeur du fux Ta l"oplerateur. L"objectif des travaux e"ectules dans le laboratoire est de diminuer le nombre de ces voies de mesure,par exemple par le passage de trois Ta une seule voie de mesure. Il consiste doncTa simpliaer la mise en oeuvre de la mesure neutronique, que ce soit pour les mesuresin-core2ou ex-core3.

1Calculateur de Chaˆıne Nucl´eaire

2Mesures r´ealis´ees en coeur du r´eacteur

3Mesures r´ealis´ees en p´eriph´erie de la cuve du r´eacteuret `a l"ext´erieur du coeur

5 CHAPITRE 1. ASPECTS INSTRUMENTAUX POUR LES R´EACTEURS Fig.1.1 { Comparaison des sections eecaces totales d"absorption des principaux lellements utilisles pour la dletection neutronique àBore-10, Helium-3, Uranium-235 et

Lithium-6

Le systTeme actuel, qui est prlesentle ici et qui a letle dlevelopple lors des 15 derniTeres annlees au laboratoire, met en oeuvre ces trois voies de mesure, au travers de trois modes de mesure, Ta savoir le mode impulsion, le mode fuctuation àmode CampbellI et le mode courant pour couvrir l"ensemble de la dynamique defux neutronique. Plusieurs aspects sont traitles dans ce chapitre. Les technologies de capteurs uti- lislees pour la mesure ex-core ou in-core en rleacteur sont dletailllees. Les techniques de dlep^ot de la matiTere assile pour la rlealisation de chambre Ta assion sont letudilees et leurs conslequences levalulees sur les performances anales du capteur. Les travaux portant sur le dleveloppement d"un code de simulation des chambres Ta assion sont prlesentles. Puis, les modes de fonctionnement sont dlevelopples notamment en ce qui concerne les aspects liles au traitement du signal de ces capteurs. L"impact de l"en- vironnement sur la fonction de rleponse des chambres Ta assion a legalement letle pris en compte et levalule. Nous aborderons alors le transport del"information Ta l"aide de c^ables minleraux, seuls capables de rlesister aux contraintes de fonctionnement environnementales en coeur. Enan, les concepts architecturaux des futurs systTemes lelectroniques permettant de tirer partie des nouveaux capteurs seront prlesentles.

2 Capteurs pour la mesure neutronique ex-core

Les rleacteurs sont exploitles sur environ 10 Ta 12 dlecadesde fux neutroniques

àdu niveau dlemarrage situle autour de 10

-1au niveau puissance situle autour de 1010 n.cm -2.s-1I. Historiquement, ces 12 dlecades de fux ont letle scindlees en trois zones, la zone de dlemarrage, la zone intermlediaire et enan la zonede puissance. Ces trois 6 CHAPITRE 1. ASPECTS INSTRUMENTAUX POUR LES R´EACTEURS Fig.1.2 { Dynamique du fonctionnement du calculateur de cha^rnenuclleaire zones correspondent aux gammes de fonctionnement des troistypes principaux de capteurs qui ont letle dlevelopples, compteur proportionnel pour les zones de basse fuence neutronique et chambre d"ionisation pour les zones de forte fuence neutro- nique.

2.1 Compteur proportionnel a dep^ot de Bore

Il s"agit d"un compteur proportionnel avec un dlep^ot interne de Bore dleposle sur la cathode. La prlesence d"un al anodique de faible diamTetre àinflerieur Ta 50μmI in- duit un champ lelectrique intense Ta la proximitle de l"anode qui entra^rne une cascade lelectronique au passage d"une particule charglee. Cette cascade conduit Ta une ampli- acation in situ du phlenomTene de dletection neutronique. La technologie de ce type de capteur sera dlevelopplee dans le chapitre suivant. Compte tenu de leur sensibilitle, ces capteurs sont rleservles Ta la zone dite de dlemarrage des rleacteurs allant de 10-1 Ta 10

5n.cm-2.s-1.

EàrI =V0

r.ln?ba?

à1.1I

oTuV0est la tension appliqulee, EàrI le champ lelectrique Ta la distance r, a le rayon de l"anode et b le rayon de la cathode. 7 CHAPITRE 1. ASPECTS INSTRUMENTAUX POUR LES R´EACTEURS

2.2 Chambre d'ionisation a dep^ot de Bore

Pour la mesure de puissance des rleacteurs civils, les chambres d"ionisation Ta dlep^ot de Bore lequipent l"ensemble du parc lelectronuclleaire franmcais ainsi que les princi- paux rleacteurs letrangers. Elles ont legalement un r^ole important dans le pilotage des actionneurs de sauvegarde de la s^uretle-slecuritle du rleacteur [Alex 07]. Elles peuvent ^etre mono ou multi-section

4pour pouvoir couvrir l"ensemble de la hauteur d"un

coeur de rleacteur commercial. Ces dletecteurs permettentlegalement de reconstruire partiellement la distribution axiale du fux neutronique ducoeur. Ils peuvent mettre en oeuvre une compensation gamma par l"utilisation d"une chambre sans dlep^ot ad- jointe Ta la chambre Ta ionisation avec dlep^ot, l"ajustement d"une polarisation opposlee Ta la polarisation principale permet alors de rlealiser unecompensation partielle du courant issu du fux gamma. Ce type de fonctionnement est nlecessaire dans la zone dite intermlediaire car le fux gamma et le fux neutronique sont du m^eme ordre de grandeur. La zone intermlediaire de fux est situlee entre 10

5et 108n.cm-2.s-1. La

zone dite de puissance va de 10

8Ta 1010n.cm-2.s-1.

2.3 Chambre a ssion

Les chambres Ta assion sont des chambres d"ionisation Ta dlep^ot assile. Elles sont utilislees pour la mesure ex-core. Elles prlesentent un diamTetre externe d"environ 5 cm et une masse d"Uranium de quelques grammes avec un enrichissement suplerieur Ta 93g en Uranium-235. Ce type de chambre d"ionisation est utilisle par exemple sur les rleacteurs embarqules, du fait de leurs dimensions, compatibles avec la hauteur du coeur de ce type de rleacteur de l"ordre du mTetre. Par ailleurs, elles sont exploitlees uniquement en mode courant et nous verrons dans la partie suivante qu"il est possible d"extraire plus d"informations de ces capteurs et ainsi de pouvoir, dans certaines conditions, les exploiter sur l"ensemble de la dynamique defonctionnement d"un rleacteur. Hormis le dlep^ot, l"ensemble de ce qui est prlesentle dans ce document sur les chambres Ta assion in-core est transposable aux chambres Ta assion ex-core.

3 Capteurs pour la mesure neutronique in-core

L"instrumentation in-core permet d"levaluer l"levolution de la distribution axiale de fux et de compenser les leventuelles dissymletries de fux, lilees Ta des levolutions de burn-up

5du combustible, par des actions adlequates sur les barres decommandes.

Ceci permet de rleguler la nappe de puissance. Les letudes antlerieures ont portle no-quotesdbs_dbs32.pdfusesText_38

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