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LES BOUCLES DU R E A C T E U R PEGASE

par

équipe d'Ingénieurs du Service de la Pile PEGASE

DIRECTION DES PILES ATOMIQUES

Centre d'Etudes Nucléaires de Cadarache

Rapport CEA - R - 3564

1968Ja*

S E R V I C E CENTRAL DE DOCUMENTATION DU C.E.A

C.E.N - SACLAY B.P. n° 2, 91 - GIF-sur-YVETTE - France

CEA-R-3564 - Une équipe d'Ingénieurs du Service de la PilePEGASE, du Département des Piles Expéri-mentales

LES BOUCLES DU REACTEUR PEGASE

Sommaire. - Après 4 années de fonctionnement, d'expérirrien-tation et d'entretien sur les boucles à gaz, construites spé-cialement pour le réacteur d'essai des combustibles nucléai-res Pégase, il a paru souhaitable non seulement de rassem-bler dans un même document les caractéristiques et lesparticularités essentielles de ces dispositifs et des appareil-lages qui leur sont associés, mais aussi d'y préciser lesraisons et les modalités des mises au point techniques, ap-portées par ceux qui, jour après jour pendant cette période,ont eu la charge de mettre en oeuvre ces boucles.

CEA-R-3564 - Une équipe d'Ingénieurs du Service de la PilePEGASE , du Département des Piles Expéri-mentales '

THE PEGASE REACTOR LOOPS

Summary. - After 4 years operation, experimentation andmaintenance of the gas loops built especially for the nuclearfuel testing reactor Pegasus, it appears desirable not onlyto gather together in a single document .the essential charac-teristics and particularities of these devices and of theirassociated equipment, but also to give the reasons for thetechnical modifications and the way in which they were car-ried out ; this is done here by the persons themselves whowere responsible-, day after day, for operating these loops.

This essentially practically experience thus complementsthe careful research and preliminary testing carried out '/

Cette expérience essentiellement pratique complète doncles études minutieuses et les essais préliminaires de cesboucles ou de leurs prototypes. Elle doit être de quelque in-térêt pour ceux qui sont confrontés aux problèmes de con-ception ou d'exploitation de boucles d'irradiation dans desréacteurs expérimentaux ou des dispositifs analogues.

1968 N 115 p.

Commissariat à l'Energie Atomique - France

on these loops or on their prototypes. It should be of inte-rest to those who deal witty problems concerned with the de-sign or operation of irradiation loops in experimental reac-tors or of similar equipment. '

/1968 - 115 P-

Commissariat à l'Energie Atomique - France

A partir de 1968, les rapports CEA sont classés selon les catégories qui figurent dans le plan de classi-fication ci-dessous et peuvent être obtenus soit en collections complètes, soit en collections partiellesd'après ces catégories.

Ceux de nos correspondants qui reçoivent systématiquement nos rapports à titre d'échange, et quisont intéressés par cette diffusion sélective, sont priés de se reporter à la lettre circulaire CENS/DOC/67/4690du 20 décembre 1967 que nous leur avons adressée, et qui précise les conditions de diffusion.

A cette occasion nous rappelons que les rapports CEA sont également vendus au numéro par la Directionde la Documentation Française, 31, quai Voltaire, Paris 7e.

PLAN DE CLASSIFICATION

1. APPLICATIONS INDUSTRIELLES DESISOTOPES ET DES RAYONNEMENTS

2. BIOLOGIE ET MEDECINE

2. 1 Biologie générale2. 2 Indicateurs nucléaires en biologie2. 3 Médecine du travail2. 4 Radiobiologie et Radioagronomie2. 5 Utilisation des techniques nucléaires en

médecine

3. CHIMIE

3. 1 Chimie générale3. 2 Chimie analytique3. 3 Procédés de séparation3. 4 Radiochimie

4. ETUDES DU DOMAINE DE L'ESPACE

5. GEOPHYSIQUE, GEOLOGIE,MINERALOGIE ET METEOROLOGIE

6. METAUX, CERAMIQUESET AUTRES MATERIAUX

6. 1 Fabrication, propriétés et structure desmatériaux

6. 2 Effets des rayonnements sur les matériaux6. 3 Corrosion

7. NEUTRONIQUE, PHYSIQUE ETTECHNOLOGIE DES REACTEURS

7. 1 Neutronique et physique des réacteurs7. 2 Refroidissement, protection, contrôle et

sécurité7. 3 Matériaux de structure et éléments

classiques des réacteurs

8. PHYSIQUE

8. 1 Accélérateurs8. 2 Electricité, électronique, détection des

rayonnements8. 3 Physique des plasmas8. 4 Physique des états condensés de la matière8. 5 Physique corpusculaire à haute énergie8. 6 Physique nucléaire8. 7 Electronique quantique, lasers

9. PHYSIQUE THEORIQUEET MATHEMATIQUES

10. PROTECTION ET CONTROLE DESRAYONNEMENTS. TRAITEMENT DESEFFLUENTS

10. 1 Protection sanitaire10. 2 Contrôle des rayonnements10. 3 Traitement des effluents

11. SEPARATION DES ISOTOPES

12. TECHNIQUES

12. 1 Mécanique des fluides - Techniques duvide

12. 2 Techniques des températures extrêmes12. 3 Mécanique et outillage

13. UTILISATION ET DEVELOPPEMENTDE L'ENERGIE ATOMIQUE

13. 1 Centres d'études nucléaires, laboratoireset usines

13. 2 Etudes économiques, programmes

13. 3 Divers (documentation, administration,législation, etc...)

Les rapports du COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE sont, à partir du n° 2200, en vente a laDocumentation Française, Secrétariat Général du Gouvernement, Direction de la Documentation, 31, quaiVoltaire, PARIS VIIe.

The C.E.A. reports starting with n° 2200 are available at the Documentation Française, SecrétariatGénéral du Gouvernement, Direction de la Documentation, 31, quai Voltaire, PARIS VIIe.

Rapport CEA - R 3564

Centre d'Etudes Nucléaires de Cadarache

Département des Piles Expérimentales

Service de la Pile Pégase

LES BOUCLES DU R E A C T E U R PEGASE

par

une équipe d'Ingénieurs du Service de la Pile PEGASE

NOVEMBRE 1968

S O M M A I R E

CHAPITRE I - CARACTERES COMMUNS ET PARTICULARITES DES

BOUCLES PEGASE Page 3

CHAPITRE II - DESCRIPTION DES BOUCLES Page 7

CHAPITRE III - INSTALLATIONS EMERGEES DES BOUCLES Page 22

CHAPITRE IV - INSTRUMENTATION DES BOUCLES Page 32

CHAPITRE V - LES PANIERS Page 49

CHAPITRE VI - MISE EN PILE DES DISPOSITIFS D'IRRADIATION,

APPAREILLAGES POUR EXAMENS RADIOLOGIQUES DE

CHARGES ACTIVES Page 56

CHAPITRE VII- ASPECT NEUTRONIQUE Page 6?

CHAPITREVin- ETUDES - MONTAGE - ESSAIS CONSTRUCTEURS Page 77

CHAPITRE IX - MISE EN OEUVRE DES BOUCLES EN PILE Page 87

CHAPITRE X - COMPORTEMENT DES BOUCLES - AVARIES -

ENTRETIEN : DIFFICULTES RENCONTREES -

AMELIORATIONS Page 94

C H A P I T R E I

CARACTERES COMMUNS ET PARTICULARITES DES BC'ICLES PEGASE

Conçu dès l'origine pour n'effectuer que des irradiations d'éléments com-

bustibles des piles de puissance refroidies au gaz, PEGASE a, jusqu'à ce jour,conser-

vé ce caractère de spécialisation prononcée et le conservera certainement encore

pendant plusieurs années au moins. Si le réacteur a donc été conçu, réalisé, et amé-

lioré dans cette optique particulière et originale, les dispositifs expérimentaux

l'ont été de la même façon. On peut dire que tout dans ce réacteur a été fait en

fonction uniquement des boucles qui y seraient irradiées. Réciproquement ces boucles

ont été conçues, réalisées et améliorées en vue de leur meilleure adaptation possible

aux installations de la pile. Certes, des différences existent-elles entre les 19

boucles qui constituent actuellement le "parc" de PEGASE, et peut-on aujourd'hui y

distinguer quelques familles principales, avec quelques variantes au sein d'une même

famille. Il n'en reste pas moins vrai, que ces 19 boucles sont intrinsèquement des

boucles PEGASE, ayant en commun un certain nombre de caractéristiques fondamentales

très particulières qui ne permettent leur utilisation exclusive que dans le réacteur

PEGASE, alors qu'il existe désormais un certain nombre de dispositifs d'irradiation

communs -on pourrait presque dire standardisés- pour les autres piles expérimentales.

Il s'agit tout d'abord de boucles à anhydride carbonique sous pression de

plusieurs dizaines de bars, à des températures de plusieurs centaines de degrés. Ces

boucles fonctionnent, sont stockées, sont transportées sous eau, ce qui soulève le

problème d'une étanchéité poussée et durable de leurs circuits composants.

Ces boucles peuvent être placées dans les huit postes de la piscine d'ir-

radiation, dans les neuf postes du bassin de stockage. Elles doivent pouvoir égale-

ment prendre place dans la cellule de déchargement, à l'intérieur de laquelle le

combustible essayé et irradié doit pouvoir être retiré de la boucle et "conditionné"

pour son envoi au laboratoire d'examen des combustibles actifs; et ceci grâce à un

appareillage spécialisé et commun. De même doivent-elles pouvoir être placées dans

le bassin spécialisé où sont entreprises sur elles les opérations inévitables de dé-

contamination, d'entretien, de démontage. Enfin doivent-elles pouvoir êtro mises à

un poste spécial, dit BA 2, où un combustible neuf, nécessaire à une expérience nou-

velle peut être introduit dans une boucle déjà activée lors d'expériences précéden-

tes. C'est d'ailleurs à ce même poste BA 2 que sont effectués d'autres travaux indis-

pensables, tels que des vérifications de la disponibilité des boucles, leur équipe-

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Figure 1 - La piscine avec huit boucles en irradiation

ment avec des "structures" adéquates (écrans ou réflecteurs). Signalons enfin que

l'examen aux rayons X (scopie et graphie) se fait pour toutes les boucles à un poste

unique du bassin de stockage, grâce, là aussi, à un appareillage spécialisé mais

commun. Il en découle obligatoirement pour chacune de ces dix-neuf boucles le res-

pect impératif d'un gabarit dont les caractéristiques permettent la mise en place

sans aléa de chacune des boucles à chacun de ces vingt et un postes.

Cette "communauté" de caractères ne se limite évidemment pas au gabarit.

Elle implique également que les matériels de manutention (portique, convoyeur, élé-

vateur de la cellule chaude, chariot et piscine, chaises ou tabourets du bassin

d'entretien et du poste BA 2} soient "capables de recevoir toutes les familles de

boucles et que les installations fixes de la pile que constituent en fait les par-

ties émergées des boucles (alimentations, systèmes de connexion, DRG, tableaux de

contrôle) possèdent également cette même capacité d'accepter les diverses familles.

Sans doute 1'interchangeabilité si poussée dans le "projet PEGASE" (puisqu'on visait

à l'utilisation intensive de chacun des postes d'irradiation, en dépit de la nature

différente des expériences conduites simultanément en pile et des aléas prévisibles

en cours d'essai), a-t-elle subi, au cours du temps, quelques "entorses" : spéciali-

sation de quatre postes d'irradiation pour les essais de la filière graphite-gaz, et(1 )des quatre autres pour la filière eau lourde ; puis spécialisation plus poussée de

trois des quatre postes E.L., pour y recevoir des boucles à soufflantes plus puis-

santes, et parallèlement, mise en place possible des boucles dites INCA en deux seu-

lement des quatre poste E.d.F.; particularisation d'un poste pour les essais de dé-

pressurisation rapide, et d'un autre pour les essais de corrosion radiolytique du

graphite. Mais la souplesse d'exploitation voulue au départ a néanmoins pu être con-

servée partiellement, puisque les postes spécialisés restent toutefois utilisables

dans leurs caractéristiques d'origine : ils n'ont acquis que des possibilités supplé-

mentaires.

Deux autres caractéristiques communes et singulières des boucles PEGASE,

sont leur amovibilité et leur autonomie : ce qui, en pratique, se traduit par un

certain degré d'indépendance des différentes boucles en irradiation simultanée, les

unes vis à vis des autres, et chacune vis à vis de la pile : "un certain degré" car

il existe, en fait, un "couplage neutronique"; le déplacement d'une boucle se tra-

duit, dans la pratique, par certains réajustements des paramètres des boucles voi-

sines ou de la pile. Il n'en reste pas moins vrai que les boucles de PEGASE peuvent

être déposées ou retirées de leurs chariots en piscine, mises ou retirées du flux,

sans nécessiter l'arrêt de la pile ni même des travaux de montage ou de démontage.

Ces deux caractéristiques de mobilité et d'autonomie permettent de traiter, de ma-

nière aisée, les problèmes de radioactivité en cas d'incident : cette radioactivité

reste en effet confinée et les remèdes qu'il convient d'apporter aux conséquences de

V. 1 ) En fait, par des comp/émenfs c/'oménagement, nous avons pu retrouver, au moins partiellement, /'intercnangeabi/ité

des postes filière eau lourde et filière graphite gaz. Ainsi nous avons pu irradier simultanément jusqu'à 7 boucles de la

filière graphite gaz, de même que nous avons irradié, à un poste "EDF", une boucle EL chargée d'une grappe EL4.

- 6 -_ 7 -

tels incidents peuvent ainsi l'être dans des locaux situés hors de la piscine d'ir-

radiation proprement dite; c'était bien là d'ailleurs le but recherché dans le pro-

jet, et qui constitue, de toute évidence, le caractère le plus original des boucles

de PEGASE, et partant, de ce réacteur expérimental. Il s'accompagne nécessairement

d'une autonomie complète des auxiliaires de ces boucles, depuis les coffrets de

jonction en margelle jusqu'à l'instrumentation des tableaux de contrôle, en passant

évidemment par les installations émergées de détection de rupture de gaine, de gon-

flage, déshydrateurs, analyseurs des impuretés du gaz de refroidissement, etc. En ce

qui concerne les connexions entre parties immergées de la boucle, et ses auxiliaires

émergés, la mobilité des boucles nécessite la flexibilité de ces connexions tant

pneumatiques qu'électriques (réseaux de puissance, réseaux de mesure). Ce n'est sans

doute là qu'un détail technique, mais c'est certainement un des points qui a été des

plus délicats à réaliser technologiquement et sur lequel l'exploitant a eu à se pen-

cher à de multiples reprises, avec des fortunes diverses.

d'améliorer ces matériels : les efforts ont principalement porté sur la fiabilité

des composants comme il sera dit au chapitre X, et la précision des mesures (cf.

chapitre IV).

Il convient à présent d'entrer dans le détail, qui permettra au lecteur

de comprendre pourquoi la mise en oeuvre de ces dispositifs (cf. chapitre IX) ne

peut être que du ressort du Service de la Pile PEGASE dont les prestations compren-

nent l'exécution des essaie demandés par les expérimentateurs.

Nous avons tenu dans cette introduction à bien souligner tout ce qui fait

le caractère à la fois particulier et commun des boucles de PEGASE, et par conséquent

la forte "spécialisation" de ce réacteur expérimental.

Avant de passer aux descriptions détaillées dans les chapitres qui vont

suivre, il convient de dire brièvement qu'une spécialisation aussi poussée dès le

départ n'a point été dépassée par les événements, ou simplement mise en défaut à

l'usage. Conçues dans leurs grandes lignes dès 1959> entrées en service successive-

ment depuis Novembre 1963, les boucles de PEGASE ont permis l'irradiation d'une cen-

taine de charges diverses.

Les essais qu'elles ont permis d'effectuer ont été de types très diffé-

rents les uns des autres : quelques essais de longue durée (plus de 5.000 et même de

7.000 heures), davantage d'essais de moyenne durée (2 à 3*000 heures) et beaucoup

d'essais de courte durée (de quelques heures à quelques semaines) parmi lesquels

beaucoup d'essais de sûreté. De l'avis des expérimentateurs, les possibilités of-

fertes par les boucles PEGASE, ont permis, en quelques années, d'apporter beaucoup

à la connaissance du comportement sous irradiation des combustibles et des matériaux

nucléaires.

Ce sont précisément les caractères de mobilité, d'autonomie, d'interchan-

geabilité soulignés précédemment qui ont permis d'effectuer un tel programme en

quatre ans, avec au début, un "parc" d'ailleurs très restreint. Actuellement le coef-

ficient de remplissage moyen par des boucles des postes d'irradiation (c'est-à-dire

compte non tenu des autres irradiations hors boucles) s'établit à 90 $, et nous

avons de plus en plus souvent huit boucles en pile. Ces chiffres ont pu être atteirfs

dès que nous avons disposé effectivement de 1*f boucles, ce qui donne un taux d'in-

disponibilité (refroidissement des changes, déchargement, entretien, manutention,

rechargement, vérifications préalables à la mise en pile, etc...) voisin de ̂ 0 %.

Parallèlement ces quatre années d'exploitation des boucles, ont permis

- 8 -

C H A P I T R E I I

DESCRIPTION DES BOUCLES

11.0. Généralités

Pour tester en vraie grandeur des éléments combustibles destinés à des pi-

les de puissance, il faut simuler un tronçon de canal du réacteur considéré et les

conditions d'irradiation, aussi bien d'ordre neutronique qu'aérothermique.

Le gaz caloporteur parcourt un circuit fermé, d'où le nom de boucle, tra-

versant successivement une motosouffiante, le panier contenant le combustible à ir-

radier, un filtre, et un échangeur de température, avant d'être repris par la souf-

flante .

Après une revue des divers points communs à toutes les boucles, nous abor-

derons le détail de chaque type existant.

ll.l. Dispositions communes

II.1.1 - Irradiation

La puissance neutronique dégagée dans l'élément à tester est réglée par ap-

proche ou recul de la boucle par rapport à la source de neutrons qu'est le coeur. A

cet effet, la boucle est posée sur un chariot se déplaçant sur des rails disposés au

fond de la piscine (cf. chapitre VI, § I).

Cette disposition permet de faire des irradiations à des niveaux de puis-

sance différents, sans nécessiter un réajustement de la puissance du réacteur. Elle

permet en outre de réaliser très simplement des cyclages de puissance par avance ou

recul de la boucle, pratiquement sans modifier les conditions d'irradiation des bou-

cles voisines. Elle favorise aussi les opérations de manutention qui ne peuvent se

faire qu'en position arrière donc loin du coeur.

- 9 -

II.1.2 - Paramètres aërothermiques

a) Canal d'essai

Le canal d'essai se compose d'un "tube de force", équipé d'une "dou-

blante" interne qui supporte l'isolation thermique et délimite le diamètre utile.

Ce tube de force est un tube vertical capable de résister à la pression interne du

gaz; il doit en outre ne pas être opaque aux neutrons, tout au moins dans la zone

utile, située face au coeur de la pile. Ce tube de force est en AG 3 net (pression

de service 26,5 bars) ou en zircalloy (pression de service 61 bars).

Le tube de force est raccordé par des brides à la partie arrière, qui

pour toutes les boucles est en acier inoxydable.

La doublante interne est un tube en tôle d'inox ou d'alliage en zirco-

nium. L'épaisseur dans la partie face au coeur est de 0,5 mm, et de 1 mm ailleurs.

A l'intérieur de cette doublante se place le "panier" contenant l'élé-

ment à tester. Ce panier est en tôle d'inox ou en ATR de 0,6 mm d'épaisseur. Il est

accroché à un bouchon d'obturation du tube de force. Cette disposition permet de

faire le montage expérimental en atelier, et le chargement de la boucle se fait par

introduction verticale du panier et verrouillage du bouchon. La connexion des lignes

de mesure se fait par prise étanche. De cette façon l'immobilisation de la boucle

pour chargement est très courte, de l'ordre de quelques heures, y compris les véri-

fications de bon fonctionnement.

b) Réalisation du débit de gaz caloporteur

Chaque boucle peut être assimilée à un cadre tubulaire en circuit fermé.

La circulation du gaz est assurée par une turbine actionnée par un moteur à fréquence

variable, et le débit est réglé par variation de la fréquence.

c) Réglage de la température du gaz

Chaque boucle est équipée d'un échangeur parcouru par une fraction vari-

able du débit. Le réglage de la fraction de débit dans 1'échangeur se fait par l'in-

termédiaire d'une vanne. L'échangeur est du type gaz-eau, la chaleur est emportée en

convection naturelle par l'eau de la piscine.

II.1.3 - Instrumentation (voir chapitre IV)

Toutes les mesures sont ramenées en margelle, puis en salle de contrôle,

sous forme de signaux électriques.

a) Mesures propres au chargement expérimental

II est possible de poser 18 thermocouples sur l'élément à tester. Six de

- 10 -

Figure 2 - Boucle EdF

- l i -

ces sondes sont habituellement utilisées pour mesurer les températures du gaz "en-

trée, sortie" du panier. Moyennant de légères modifications, il est possible de

sortir d'autres informations de la boucle (capteurs de déplacement, convertisseurs

neutrons-électrons). Nous pensons porter ce nombre de lignes de 18 à 30.

b) Mesures nécessaires à la connaissance du débit

Un organe déprimogène (tuyère ou venturi) est placé sur le circuit de

gaz. Les prises de pression absolue et différentielle sont reliées à des capteurs de

pression situés à la partie supérieure de la boucle et les signaux électriques de

ces capteurs sont renvoyés sur le tableau de contrôle ainsi que la température du

gaz au niveau de l'organe déprimogène, la vitesse de la soufflante et diverses tem-

pératures (paliers et enroulement).

c) Mesures nécessaires au réglage du débit

La vanne qui commande le débit dévié dans l'échangeur est motorisée et

sa position est repérée par un répétiteur simple : il suffit, en effet, d'avoir une

indication approximative de la position de la vanne, car le réglage fin se fait à

partir de la température du gaz mesurée à la tuyère.

d) Mesures nécessaires à la connaissance de la puissance

La puissance n'est habituellement pas obtenue par mesure neutronique,

mais par mesure thermodynamique. Cette mesure est un bilan enthalpique aux bornes du

panier. Les puissances locales dans l'élément combustible sont calculées à partir

des mesures relatives faites sur la maquette PEGGY.

e) Installations de détection de rupture de gaine (D.R.G.) (cf. chap. Ill)

Chaque boucle est reliée à la margelle par deux tuyauteries pneumatiques

qui permettent de prélever en continu une fraction du débit de C0_ et de la réintro-

duire après analyse de l'activité. Pour limiter les pertes thermiques au cours de

cette opération, la boucle est équipée d'un récupérateur de chaleur gaz-gaz, où le

gaz prélevé (chaud) cède une partie de ses calories au gaz réinjecté (froid). En

plus du récupérateur, certaines boucles sont équipées d'un réchauffeur électrique

qui permet de réinjecter le gaz dans la boucle à une température voisine de celle du

gaz qui y circule.

II.1.4 - Sujétions liées à la conception des boucles

La recherche d'une autonomie absolue et d'une souplesse d'exploitation

aussi grande que possible, introduit nécessairement certaines astreintes.

a) Gabarit

Nécessité d'inscrire toutes les boucles dans un gabarit qui ne peut en

aucun cas être modifié.

b) Connexions

Nécessité d'une uniformisation des raccordements en margelle, pour que

chaque boucle puisse occuper un poste quelconque en pile. Cette possibilité qui était

réelle au démarrage du réacteur n'est plus actuellement vraie. Certaines boucles

spécialisées ne peuvent occuper que certains postes, mais ces postes peuvent tou-

jours recevoir les boucles standards prévues à l'origine du projet.

c) Etanchéité

Nécessité d'immerger des connexions de mesure; ce problème introduit de

nombreuses difficultés et un système d'interconnexion pneumatique de tous les boî-

tiers de raccordement situés sur la boucle permet d'envoyer une contrepression d'air

qui évite les rentrées d'eau et d'identifier facilement toutes les défectuosités.

d) Précision

Tolérances de fabrication très sévères de la boucle, de son chariot, et

du caisson du coeur, pour obtenir un bon parallélisme entre la face avant de la bou-

cle et le caisson coeur, et une interchangeabilité des boucles aux différents postes

d'irradiation.

e) Isolation

Nécessité de calorifuger toute la boucle et en particulier la soufflante

pour limiter les pertes thermiques. A noter que ce calorifuge est placé à l'intérieur

de la boucle, ce qui limite les températures atteintes par les parties devant résis-

ter à la pression du gaz.

11.2. Boucles type EDF

Ces boucles sont prévues pour tester les.éléments combustibles des réacteurs

- 13 -

de la filière gaz-graphite fonctionnant à une pression maximale de 25 bars.

II.2.1 - Boucles EdF 3

a) Canal d'essai

Toute la partie avant, y compris la section sous flux, est en AG 3 net,

d'épaisseur 11,5 mm, et de diamètre extérieur 158 mm. La doublante interne est en

tôle d'inox roulée-soudée de 1 mm d'épaisseur, sauf dans la partie sous flux où elle

est de 0,5 mm. L'isolation thermique est réalisée par une bande de tissus de silice

enroulée à l'extérieur de cette doublante. En dehors de la partie sous flux, la si-

lice est remplacée par du verre. Entre le tube de force et ce calorifuge existe une

lame de gaz qui améliore l'isolation. Des anneaux d'amiante graphitée réalisent le

centrage de la doublante par rapport au tube de force.

A l'intérieur de la doublante est introduit le panier support d'éléments

combustibles en tôle de 6/10 mm d'épaisseur. Le diamètre intérieur du panier est de

110,8 mm, ce qui permet l'irradiation d'éléments éventuellement équipés de chemises

dont le diamètre extérieur ne doit pas dépasser 110 mm. Le tube de force est équipé

d'un écran de cadmium vers l'avant pour atténuer le pic de flux sur la zone face au

coeur. Cet écran de cadmium a été défini sur PEGGY.

b) Soufflante

Les soufflantes de construction Râteau qui équipent ces boucles sont

toutes du même type et leur originalité réside dans l'adoption de paliers gazeux hy-

drodynamiques, ce qui assure une grande longévité de fonctionnement sans intervention.

L'ensemble de la machine est à axe vertical. La volute est calorifugée et une circu-

lation de COp , refroidi dans un échangeur auxiliaire, assure une température des

coussinets des paliers inférieure à 110°C.

Les performances de ces soufflantes sont :

- Vitesse

- Pression à l'aspiration

- Température au refoulement

- Fréquence du courant

- Puissance absorbée par le moteur

- Tension d'alimentation

3 000 à 12 000 t/mn

25 bars

50 à 200 Hz

k2 Kw maximum à 12 000 t/mn

380 V à 12 000 t/mn

c) Echangeur

Des serpentins parcourus intérieurement par le gaz carbonique échangent

de la chaleur par convection naturelle avec l'eau de la piscine.

Une vanne 3 voies permet de régler le débit traversant 1'échangeur. Le

boisseau est équipé de patins en graphite; il est commandé par un moteur électrique

immergé. Un transmetteur potentiométrique permet de repérer la position de la vanne

depuis la Salle de Contrôle.

d) Equipement D.R.G.

Le gaz à analyser qui est prélevé au niveau du bouchon-filtre, c'est-à-

dire à l'aval du chargement expérimental, passe à travers un échangeur gaz-gaz. Le

retour de ce gaz se fait à travers le même échangeur, suivi d'un réchauffeur élec-

trique : la réinjection se faisant dans le collecteur de sortie de 1'échangeur. Deux

robinets placés sur les tuyauteries de liaison avec les parties émergées permettent

d'isoler la boucle pendant son transport.

e) Mesure de débit

Le dispositif déprimogène utilisé est une tuyère AFNOR placée à l'aval

de la soufflante.

II.2.2 - Boucle type EDF k

Trois boucles de ce type existent, dont une qui a été réalisée à partir

d'une boucle type EdF 3 (boucle n°15).

La différence essentielle entre les boucles type EdF 3 et EdF k est le sens

de circulation du gaz dans le canal d'essai. Alors que pour EdF 3, le sens est ascen-

dant, il est descendant pour EdF k. Cette inversion a été rendue possible par modi-

fication de la volute des soufflantes.

Actuellement, une étude qui est en cours doit permettre d'augmenter la pres-

sion de service de ces boucles, pour passer de 26,5 à 31 bars, sans modification im-

portante de l'ensemble des circuits sous pression.

II-2.3 - Boucle EDF Pour essais de corrosion radiolytique

Cette boucle a été réalisée en modifiant une boucle de série EdF 3, par

remplacement de 1'échangeur par un réchauffeur électrique (boucle n°l6).

Elle est destinée à réaliser en température et sous flux nucléaire, des

irradiations de graphite. Le réchauffeur électrique de 110 KW permet d'obtenir une

température de gaz de 350°C pour un débit de l'ordre de 1,7 kg/s.

L'installation émergée du poste 8 a été modifiée pour recevoir cette boucle.

En particulier, les circuits du détecteur d'activité et les ballons de désactivation

correspondants peuvent être isolés. Un système d'injection de gaz d'inhibition, et

des dispositifs d'analyse chimique de gaz et d'épuration, ont été ajoutés. (Voir

II.3. Boucles type INCA

II.3.0 - Généralités

Ces boucles, au nombre de 2, sont destinées à tester des éléments annulaires

du type Bugey. Le réacteur PEGASE n'était pas conçu pour recevoir des boucles de

diamètre aussi important (0 ext. 229 mm), et la conception de la boucle a été condi-

tionnée par ce paramètre, compte tenu du gabarit à respecter. Un certain nombre

d'installations ont dû être modifiées, en particulier les orifices d'évacuation de

la cellule chaude et le bassin de décorticage. A ceci, se sont ajoutées des études

sur les possibilités d'irradiation d'une boucle EdF à côté de cette boucle INCA, et

sur la même face du coeur). La boucle INCA est équipée d'un réflecteur en béryllium,

et il est prévu d'accrocher un bloc d'aluminium contre le coeur, dans le cas parti-

culier où l'on irradie une boucle EdF et une boucle INCA côte à côte. La pression de

service est prévue à 61 bars, mais la pression de Bugey 1 étant de 40 bars, il n'est

pas actuellement nécessaire de fonctionner à la pression nominale de la boucle.

II.3.1 - Canal d'essai

La technique utilisée pour cette boucle est dérivée de la technique des

boucles EL. C'est dire que la partie sous flux est en zircalloy, raccordée par jonc-

tion "vissée-brasée" aux parties en acier inoxydable. L'isolation thermique est en

tissus de silice enroulés sur une doublante en ATR. Le diamètre extérieur du tube de

force est de 229 mm, son épaisseur 9 mm, le diamètre intérieur de la doublante est

de 199 mm et le diamètre intérieur du panier est de 19*t mm, ce qui permet d'irradier

des éléments dont le diamètre hors tout (y compris éventuellement la chemise) est de

192 mm.

II.3.2 - La soufflante

De construction Hispano-Suizay, elle est à paliers à billes et à axe hori-

zontal. Ses caractéristiques nominales sont :

- Vitesse : 1 500 à 6 000 t/mn

- Pression à l'aspiration : 60 bars

- Température gaz maximum au refoulement : *tOO°

- Puissance absorbée par le moteur à 6 000 t/mn : 1V? KW

- Tension d'alimentation à 6 000 t/mn : 380 V

- 16 -

Figure 3 - Boucle 16 pour étude de corrosion du graphite

Figure 4 - Boucle 27 pour essais de dépressurisation rapide

- 17 -

II.3-3 - Echangeur gaz-eau

Mis à part ses dimensions plus importantes, il est construit sur le même

principe que pour les autres boucles.

II.3.4 - Débitmêtre

C'est un venturi placé sur le tronçon horizontal qui est situé à l 'amont de

la veine d'es,i§ai.

II.3-5 - Conception mécanique

L'originalité principale de cette boucle est qu'elle est autoporteuse,

c'est-à-dire qu'elle ne comporte pas de charpente, à l'inverse des autres boucles.

Cette solution conduit à une plus grande accessibilité des principaux organes cons-

titutifs.

11.4. Boucles type EL

II.4.1 - Boucles EL 4

Ce-type de boucle est destiné à tester les éléments combustibles du type

grappe, tels ceux du réacteur EL 4, modéré à l'eau lourde et refroidi au gaz carbo-

nique .

La pression de service est de 61 bars. Ces boucles ont été réalisées en 2

"séries" (quatre, puis deux) et les boucles de la deuxième série présentent de lé-

gères différences par rapport aux premières.

a) Canal d'essai

La partie sous flux neutronique de ces boucles est en zircalloy, d'épais-

seur 3,5 ou 3 mm et de diamètre intérieur 107 mm. La jonction du tronçon zircalloy

avec les tronçons en acier inoxydable est réalisée par mandrinage pour les boucles

21 à 24, alors qu'elle est "vissée-brasée" pour les dernières-nées.

Trois types d'isolation thermique sont utilisés :

- isolation par bandes de tissu de silice enroulées sur une doublante en

acier inoxydable de 0,5 mm d'épaisseur dans la partie sous flux.

L'épaisseur de silice est de l 'ordre de 4 mm et un clinquant d ' inox

protège la face externe. En dehors de la zone sous flux, le tissu de

- 18 - - 19 -

silice est remplacé par du tissu de verre.

- Isolation par tôle d'ATfl gaufrée et doublante en ATR. Cette version a

été retenue pour la pile EL k. Il est prévu dt récupérer cette partie

de boucle pour juger de son comportement.

- Isolation par trisol ou shoopage de réfractaire. Cette solution n'est

pas actuellement expérimentée, mais simplement approvisionnée.

Quel que soit le type d'isolation, le diamètre intérieur de la doublante

qui recevra le panier est de 97 mm, ce qui, compte tenu de l'épaisseur du panier et

des jeux de montage, permet de tester des éléments de diamètre hors tout maximum de

mm.

Le canal d'essai est équipé à sa partie arrière d'un réflecteur de bé-

ryllium.

b) Soufflante

La soufflante est placée à la partie arrière de la boucle. Il existe

deux types de souffante :

- Les soufflantes du premier type, de construction Hispano-Suiza^ sont à axe verti-

cal. Le rouet du type centrifuge est fixé en extrémité du rotor du moteur, qui est

supporté par des paliers à billes. Les paliers sont refroidis par du C0_ prélevé

dans le circuit principal, et passant dans un échargeur gaz-eau situé autour du

corps de la soufflante. Les caractéristiques principales de la soufflante sont les

suivantes :

. Vitesse

. Température au refoulement

. Pression au refoulement

. Fréquence max. du courant

. Puissance max. absorbée par le moteur

. Tension d'alimentation

3 000 à 8 200 t/mn

61 bars

1*fO Hz

72 KW 1 à 8 200 t/m

- Les soufflantes du deuxième- type de construction Râteau ont des moteurs de 190 KW

et les paliers sont du type paliers à gaz "hydrodynamiques". Ces soufflantes sont

récentes : elles équipent les boucles de la deuxième série. Leurs caractéristiques

sont les suivantes :

Figure 5 - Boucle INCA

. Vitesse

. Pression au refoulement

. Température à l'aspiration

. Fréquence max. du courant

. Puissance max. absorbée par le moteur

. Tension d'alimentation

8 000 t/mn

60,25 bars

135 Hz190 KW330 v

t/mn

N

- 21 -

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c) Echangeur

Cet échangeur est situé à la partie arrière haute de la boucle. Il est

constitué par un faisceau de tubes non calorifuges. L'échange de chaleur se fait en-

tre ces tubes et l'eau de la piscine par convection naturelle. Le débit de CO qui

parcourt cet échangeur est réglé par une vanne 2 voies à boisseau de graphite.

d) Mesure de débit

Le débit est mesuré par une tuyère du type AFNOR située à l'amont de la

soufflante pour les boucles 21 à 2k et à l'aval pour les boucles 25 et 26.

e) Réchauffeur

II est prévu d'installer sur les boucles 25 et 26 des réchauffeurs élec-

triques situés sur le circuit de C0_. Ce réchauffeur permettra de maintenir une tem-

pérature de gaz égale à 200°C en cas d'arrêt de courte durée du réacteur. Cet aména-

gement a pour but de se rapprocher des conditions d'exploitation d'un réacteur de

puissance où, en cas d'arrêt, la température du gaz baisse beaucoup plus lentement

que dans les boucles de P.5GASE, et jusqu'à un niveau plus élevé.

II.k.2 - Boucle Dérapeg

Cette boucle qui porte le n°27, est identique par ses caractéristiques gé-

nérales aux boucles EL *f de la deuxième série.

Elle a été conçue pour permettre la réalisation d'essais de sécurité : elle

simule une rupture de collecteurs de C0? d'un réacteur de la filière "eau-lourde-

gaz", conduisant à une dépressurisation rapide des circuits (cf. III.1.3-a).

Signalons, comme caractéristique particulière de cette boucle, que la dou-

blante d'isolement avant a été re/nforcée, et percée de trous, afin d'éviter une dé-

térioration en cours de dépressuridation.

La dépressurisation est obtenue par rupture de deux diaphragmes en série

situés sur un circuit spécial émergé, le gaz de dépressurisation est recueilli dans

des ballons d'où après analyse et décroissance des produits de fission éventuels il

est rejeté à l'atmosphère. Une vanne supplémentaire est prévue sur les tuyaux souples

de gros diamètre qui permettent la dépressuris?,tion rapide.

Figure 6 - Boucle EL

- 22 -

C H A P I T R E I I I

INSTALLATIONS EMERGEES DES ElOUCLES

lll.l. Circuit de D.R.G.I

III.1.0 - Généralités

Le circuit de D.R.G. a comme fonction de base de détecter des ruptures de

gaine de l'élément combustible en essai dans la boucle, par prélèvement d'une frac-

tion du gaz de la boucle comptage et réinjection.

Ce circuit assure également un certain nombre de fonctions annexes :

- le remplissage et la vidange d'une boucle dans des conditions de pureté

données,

- le balayage d'une boucle en vue du remplacement de GQ actif par du CO,,

neuf,

- le réglage de pression en fonctionnement permanent ou lors de cyclr^ges.

La liaison entre boucle et salle D.R.G. est assurée par 2 tuyauteries

flexibles (aller et retour) entre la margelle et le coffret de connexion, et 2 tuyau-

teries rigides cheminant dans la zone comprise entre la margelle et la salle D.R.G.

Chaque unité de D.R.G. est conçue pour permettre son utilisation avec des

boucles de 25 à 60 bars. Le fonctionnement du détecteur n'étant possible qu'à une

pression de service de 25 bars, dans le cas d'utilisation d'une boucle à pression

plus élevée, un détendeur permet d'établir dans le tronçon détecteur la pression re-

quise, le compresseur assurant le retour à la pression nominale.

Au cours des années de fonctionnement et compte tenu de l'expérience ac-

quise, quelques modifications mécaniques ont dû être apportées aux circuits D.R.G.

Ces modifications peuvent se classer en J> catégories :

1) Modifications améliorant la sécurité et le contrôle.

2) Modifications améliorant le fonctionnement.

3) Modifications pour essais particuliers.

Figure 7 - Schéma de principe - Circuit DRG normal

- 24 -

III.1.1 - Modifications améliorant la sécurité et le contrôle

a) Vannes ADAR de sectionnement

Afin de contrôler depuis la salle de contrôle une fuite importante de

C0? sur le circuit et de localiser cette fuite (entre l'armoire ou la boucle), il a

été monté deux vannes pneumatiques ADAR de sectionnement et une vanne by-pass. Ces

vannes permettent d'éviter la vidange de la boucle en cas de rupture de tuyauterie

ou de joint sur le circuit émergé, pendant le temps nécessaire à l'isolement manuel

de la partie accidentée.

b) Vannes ADAR d'isolement

Entre le compresseur et le ballon tampon de 450 1, est monté un clapet

anti-retour. Il s'est avéré qu'à la longue ce clapet présentait des défauts d'étan-

chéité, aussi avons nous dû placer en série une vanne pneumatique ADAR qui s'ouvre

lors de la mise en route du compresseur et se referme lors de son arrêt, isolant le

circuit entre le ballon 450 1 et le compresseur, évitant le transfert de la haute

pression vers le circuit détecteur lors de l'arrêt du compresseur.

c) Vanne ADAR de régulation

Dans le cas du fonctionnement d'une boucle à une pression supérieure à

25 b et lors de l'arrêt du compresseur, la haute pression se transfère également par

le détendeur qui ne peut être étanche. Nous avons donc monté en amont du détendeur

une vanne ADAR de régulation, commandée automatiquement par un régulateur Taylor,

pré-réglé à une valeur convenable, qui isole le circuit 25 bars lors d'une montée en

pression de ce circuit. Il est à noter que le régulateur Taylor est un appareil trop

sensible pour une installation comme la nôtre, qui est soumise à des vibrations; de

ce fait, il tend à se dérégler.

d) Filtres de protection

Lors d'une rupture de gaine, le CO» en circulation transporte des pous-

sières radioactives et des dépôts se forment dans les tuyauteries. Pour retenir une

partie de ces poussières, un filtre papier Purflux, monté dans un château de plomb a

été installé sur la tuyauterie venant de la boucle.

e) Prises des manostat..: de sécurité

Les piquages des prises de sécurité "pression", fonctionnant en 2/3,

ont dû être déplacés et reportés sur la tuyauterie aller boucle, ceci afin d.ue les

sécurités soient toujours en service, que l'armoire soit isolée de la boucle ou non.

En effet dans le montage d'origine, il fallait obligatoirement mettre en relation

l'armoire D.R.G. et la boucle pour avoir les sécurités "pression", ce qui dans cer-

tains cas n'était pas toujours possible.

Par ailleurs, dans le cas des boucles INCA, il a été nécessaire de reporter

le piquage des sécurités en aval de la boucle, c'est-à-dire sur la tuyauterie de re-

tour vers la D.R.G. En effet sur ces boucles le retour du gaz s'effectue à travers

une buse d'injection et la pression mesurée n'était plus représentative de la pres-

sion dans la boucle.

f) Montage d'une électro-vanne de vidange sur le circuit 25 bars

Dans le cas du fonctionnement en 60/25, et si la pression venait à se

transférer dans le circuit 25 bars, afin de ne pas dépasser les limites admises, il

a été nécessaire de monter sur le circuit une électro-vanne de vidange commandée de

la salle de contrôle. C'est un complément à la modification c).

De plus, la vidange par ce circuit, en fonctionnement, est beaucoup

plus souple, et la tenue du matériel meilleure, la pression étant moins forte.

g) Montage d'analyseurs BECKMAN

Sur chaque poste, il a été monté un analyseur de teneur en HpO, avec

prise de prélèvement du gaz à la sortie de la boucle. Un appareil enregistreur unique

permet de suivre la teneur en eau du COp des huit boucles.

III.1.2 - Modifications pour l'amélioration du fonctionnement

a) Réchauffeur de gaz "CARBO-VAPOR"

Par suite de la détente du gaz, dans le cas du fonctionnement à 60/25,

nous avons constaté que la température du gaz à l'entrée du détecteur pouvait des-

cendre jusqu'à des valeurs voisines de 0°C. Four pallier cet inconvénient et afin

d'avoir une température du gaz circulant dans la partie détecteur voisine de 20°C,

nous avons dû monter un réchauffeur de gaz régulé par thermostat.

b) Assécheur de gaz "GOHIN-POULENC"

Pour maintenir dans la boucle une teneur en eau très faible imposée par

certaines expériences, il a été nécessaire de monter un dessicateur dans le circuit.

Un appareil "GOHIN-POULENC" devant maintenir une humidité relative inférieure à 30

ppm en volume, a donc été installé sur chaque peste, en aval de l'armoire D.R.G. De

plus le déshuileur monté d'origine à la sortie du compresseur, ayant une efficacité

toute relative, (la température du gaz lors du passage dans la cartouche filtrante

est d'environ 80°C); l'assécheur a été doublé d'un déshuileur à double étage : pre-

mier étage, déshuilage par anneaux rachig, refroidissement du gaz; deuxième étage,

déshuilage par anneaux rachig et carbuil.

- 26 -

c) Filtres d'arrivée du CO^ neuf

Les tuyauteries amenant le C0_ neuf aux armoires sont en acier noir,et,

par suite, une oxydation s'est produite dans ces tubes. Nous avons dû monter un fil-

tre en inox fritte sur l'arrivée du gaz aux armoires, en amont des électro-vannes,

afin de protéger ces dernières contre les particules d'oxyde véhiculées, particules

qui endommageaient le clapet pilote de 1'électro-vanne.

d) Filtres du gaz de balayage des détecteurs

Un filtre en inox fritte, doublé de trois épaisseurs de papier rose, a

été monté en amont du tambour du détecteur, sur le circuit de balayage, afin d'obte-

nir une plus grande propreté du gaz, et de ce fait ne pas endommager les tambours

e) Essais sur compresseurs "CORBLIN"

A la suite de défauts de fonctionnement répétés sur les compresseurs

Corblin, nous avons été amenés à effectuer de nombreux essais. Certains de ces es-

sais ont amélioré le rendement après emploi de pièces différentes de celles fournies

d'origine, tels les clapets d'aspiration et de refoulement, ainsi que leurs ressorts.

D'autres ess is n'ont pas apporté de meilleurs résultats, parmi ceux-ci

la tenue des goujons d'aspiration et de refoulement, ainsi que la tenue des membra-

nes qui n'a jamais pu être améliorée.

De petites modifications ont facilité l'exploitation de ces matériels;

robinet de vidange d'huile; déplacement du bouchon de remplissage d'huile, afin de

pouvoir ajuster le niveau en cours de fonctionnement.

D'autres modifications seraient à faire, par exemple augmenter le dia-

mètre des tuyauteries d'aspiration jusqu'à un diamètre au moins équivalent à celui

du refoulement, ce qui mécaniquement devrait donner un meilleur rendement.

ill.1.3 - Modifications pour essais particuliers

a) Boucle à dépressurisation rapide (DERAPEG)

Le principe de l'expérience étant de ramener très rapidement la pres-

sion du circuit boucle à une valeur aussi basse que possible, les circuits de D.R.G.,

du fait de leur faible section, ne pouvaient être utilisés sans modifications impor-

tantes.

Le poste n°7 a été équipé de tuyauteries de forte section. Parallèle-

ment, en salle des compresseurs de D.R.G., ont été disposés des ballons de capacité

suffisante pour recueillir la masse de CO de la boucle, ramenée à la pression at-

mosphérique. Une importante protection de briques de plomb a été érigée autour de

FigureS - Installation de DRG pour essai s de dépressurisation rapide

Figure 9 - Installation d'injection et d'analyse pour étude de corrosion du graphite

- 28 -

ces reservoirs.

D'autre part, il a été nécessaire de créer un nouvel ensemble de détec-

tion fonctionnant à très basse pression, de façon à suivre l'activité du gaz restant

dans la boucle à la suite de "l'éclatement".

b) Essais sur la corrosion du graphite

Ces essais ont été réalisés par le Département de Physico-Chimie. Ils

ont nécessité des installations émergées assez volumineuses; le poste 8, en salle de

D.R.G., permettant des extensions multiples, a été choisi pour cette réalisation :

- installation d'un ensemble d'analyse et d'injection de gaz, comprenant : un hygro-

mètre électrolytique, un chromatographe en phase gazeuse, quatre analyseurs à ab-

sorption infrarouge, un détecteur de CO et de CH, dans l'air ambiant, un injec-

teur-débitmètre,

- installation d'une station d'épuration du C0_, comprenant : un réchauffeur, un

débitmètre, deux pots de catalyse, un analyseur d'O et un injecteur-débitmètre.

- Conclusions

Après un fonctionnement global d'environ 125.000 heures, il est possible

de noter la bonne tenue générale du matériel monté sur les circuits émergés : détec-

teurs, vannes, raccords, capteurs de pression, etc...

Par contre, le point délicat réside dans la faiblesse des compresseurs à

membranes, nécessitant des interventions fréquentes.

III.2. Alimentations électriques des boucles en essa is

Le fonctionnement des boucles nécessite :

- des alimentations électriques de puissance

. pour la circulation du CO- (soufflantes),

. pour le chauffage du CO- (réchauffears),

- des alimentations électriques de contrôle et mesure

. pour le réglage des paramètres de fonctionnement,

. pour la sécurité de l'installation.

Le principe de la distribution des différentes sources d'énergie figure

au schéma n°2.

Des transformateurs principaux de puissance de 800 KVA 15«000/380 volts

fournissent la tension nécessaire à l'installation. >

•W7TV<-

Figure 10 - Schéma unifilaire simplifié de distribulion électrique sur boucles

- 30 -

III. 3. Connexions des circuits électriques des boucles

Pour les premières boucles utilisées en pile, les câbles électriques issus

des organes de puissance et de contrôle étaient regroupés sur la boucle dans deux

coffrets, l'un de puissance, l'autre de contrôle.

- Connexions "Puissance"

Le coffret puissance comportait 3 embases à un conducteur (type LEMO 6 -

200 A, fabrication "Jupiter"), sur lesquelles se connectaient les prises des câbles

électriques de puissance de la soufflante; éventuellement, 3 autres embases et 3 au-

tres câbles permettaient d'alimenter le réchauffeur 10 kW . (Réchauffage d' gaz en

provenance de la D.R.G.).2

Ces câbles extra-souples de 75 mm , en cuivre rouge, gainés d'un tube de

polythene de 1,8 mm, d'épaisseur, présentaient une bonne tenue à l'eau déminérali-

sée. Mais bien que la prise Jupiter fût équipée de joints toriques et coniques en

néoprène, cette jonction sous l'eau dut être abandonnée pour ses défauts d'isolement

et fut remplacée par une connexion du même type en margelle (partie émergée). (Cf.

chapitre X, § IV. 't) .

III.3.2 - Connexions "Contrôle"

Les circuits électriques de mesure ou de commande de la boucle (câbles

2AB35» câbles FM2M, câbles EPD17) arrivaient sur deux barrettes dans un coffret de

connexion; trois couples chromel alumel logés dans ce coffret servaient de référence

de soudure froide .

Le départ des coffrets était assuré par des embases "Jupiter" 22 broches.

Les connexions s'effectuaient à l'aide de six prises "Jupiter" équipant les câbles

de liaison, solidaires de la margelle.

L'instabilité thermique des coffrets de connexion, la fragilité des tuyau-

teries souples et des câbles bifilaires FM2M, l'étanchéité précaire des prises "Ju-

piter" ont nécessité des modifications importantes :

- Les connexions ont été ramenées en margelle (hors d'eau pendant l'expérimentation).

- La liaison chromel alumel des couples a été prolongée jusqu'à un boîtier isotherme

situé au-delà du boîtier margelle.

- Des câbles spéciaux : 12 paires en chromel alumel ou 2k conducteurs cuivre étamé,

section 0,6 mm , entouréi. d'une gaine en polythene de 2 mm d'épaisseur ont rem-

placé les câbles bifilaires et les tuyauteries souples.

- Les prises "Jupiter" ont été conservées pour leur facilité de raccordement, mais

l'usinage des broches de diamètre 1,3 mm a été amélioré pour éviter des défauts de

contact.

- 31 -

- Un départ direct des organes de contrôle a permis la suppression du coffret

"contrôle" situé sur la boucle. La répartition des liaisons sur les câbles et les

fiches diminuent les inductions et les couplages entre circuits, au niveau des

broches.

Une tresse en fil métallique inoxydable munie d'un embout de raccordement

opère la mise à la masse de la boucle.

On trouvera les principes directeurs des installations de contrôle au

chapitre IV.

C H A P I T R E I V

INSTRUMENTATION DES BOUCLES

IV.1. Présentation générale

Les huit boucles que peut recevoir simultanément la Pile PEGASE sont pour-

vues :

- de connexions pneumatiques communiquant avec les circuits de gonflage-

dégonflage et détection de rupture de gaine,

- d'alimentations électriques assurant le fonctionnement de leur soufflante

et, le cas échéant, de leur réchauffeur,

- de capteurs de mesure et de contrôle raccordés électriquement pour cha-

cune des boucles à un poste de contrôle situé dans la salle de commande

du réacteur.

Nous traiterons plus spécialement dans ce chapitre des problèmes relatifs

aux capteurs équipant les boucles et aux dispositifs de contrôle de sécurité, et de

mesure.

L'étude des éléments combustibles contenus dans les boucles nécessite une

connaissance aussi parfaite que possible des conditions de fonctionnement aérodyna-

miques et thermiques de celles-ci, aussi avons-nous besoin, en plus des températures

relevées sur la charge en irradiation, de connaître les paramètres de mesure et de

contrôle ci-après :

- vitesse de la motosouffiante,

- pression du CCL dans la boucle,

- ouverture de la vanne de l'échangeur,

- température et pression différentielle au droit de la tuyère de mesure de

débit,

- éventuellement, pertes de charge offertes par le canal d'irradiation et

par la soufflante, ainsi que la puissance de cette dernière.

Les mesures et commandes concernant la partie émergée, généralement située

dans les locaux DRG, sont d'un intérêt moindre pour déterminer les conditions aéro-

dynamiques et thermiques de fonctionnement de la boucle. (Voir description chap.III).

IV.1.1 - Capteurs donnant les paramètres de mesure

a) Motosouffiante

La vitesse de fonctionnement de ces appareils peut varier selon les bou-

cles et selon les essais de 1 500 à 12 000 t/min. Le capteur utilisé est un capteur

de vitesse angulaire CEC, type JP1^2L, constitué par une bobine et un noyau magné-

tique dont les variations d'entrefer induisent des forces électromotrices importan-

tes. Un disque monté sur l'arbre de la soufflante porte six pions qui fournissent

donc six impulsions par tour lors de leur passage devant le capteur.

Les températures de paliers et de bobinages sont mesurées à l'aide de

thermocouples en chromel-alumel ou en cuivre-constantan suivant le type de souf-

flante.

La mesure de puissance n'étant qu'un paramètre de contrôle, les transforma-

teurs de courant, permettant de faire un montage wattmétrique, sont de précision mé-

diocre (classe 2).

b) Vanne de l'échangeur

Cette vanne motorisée permet de régler le débit dans l'échangeur gaz-eau

de la boucle.

La commande de la vanne est assurée par un moteur diphasé en *f8 V, placé

dans un carter étanche et venant attaquer l'arbre de la vanne par l'intermédiaire

d'un réducteur. Deux minirupteurs, calés en position extrême d'ouverture et de fer-

meture, coupent l'alimentation.

L'indication permanente de la position de la vanne est réalisée au moyen

d'un transmetteur TELOHM monté sur l'arbre de commande de la vanne.

c) Mesure de débit

Elle est effectuée à l'aide de tuyères, du type AFNOR, placées à l'en-

trée du canal d'essai. Ces tuyères donnent une pression différentielle respective-

ment de 200 mbars pour les boucles EdF et *tOO mbars pour les boucles EL. Les boucles

INCA, pour lesquelles la perte de charge totale admissible dans le circuit est fai-

ble, sont équipées d'un venturi classique.

La mesure et le contrôle de la pression différentielle, à la tuyère ou

au venturi suivant le cas, sont effectuées à l'aide de 3 capteurs identiques (2 seu-

lement pour les boucles INCA), de marque ACB, type kko Hd, dont le principe de fonc-

tionnement est caractérisé par le fait que les déformations d'une membrane usinée

sont transmises à un transformateur différentiel. La tension d'alimentation est de

la tension de sortie a une gamme de variation de 0 à 1 V =.

D'autres capteurs du même type sont installés sur les boucles EL et INCA

- 35 -

pour mesurer les pertes de charge du canal d'irradiation et de la soufflante.

d) Mesure de la pression

Une mesure de pression au droit de la tuyère est effectuée à l'aide de

deux capteurs, de marque ACB, l'un du type 615 H, dont l'élément déformable (tube de

Bourdon) transforme la pression relative en un déplacement, qui est traduit en si-

gnal électrique par le curseur d'un potentiomètre, l'autre du type 6k6 HC11, dont le

principe est équivalent à celui du "̂ 0 Hd".

Pour le 615 H, l'alimentation est en 25 V=, la tension de sortie étant

de l'ordre de 20 V= à pleine échelle.

Trois autres mesures de pression sont effectuées à l'aide de capteurs à

transformateurs différentiels sur les circuits émergés de la boucle (fonct'.on sécu-

rité) .

e) Mesure de température

18 thermocouples en chromel-alumel permettent de tester la charge de

combustible en irradiation.

De plus, 3 à 8 thermocouples en chromel-alumel ou cuivre-constantan as-

surent la mesure des températures de bobinages et paliers des soufflantes. On trouve,

enfin, la température du gaz à la tuyère, et, sur certaines boucles, les températures

"entrée-sortie" soufflante, de même que la sortie du canal d'irradiation.

IV.1.2 - Organisation des liaisons avec les appareils de la salle de contrôle

Les interconnexions ont été faites, à l'origine, suivant le schéma de prin-

cipe de la figure n°3.

La majeure partie des fils de mesure ou d'alimentation cheminaient dans un

unique câble blindé de 60 paires de conducteurs.

Les thermocouples étaient en chromel-alumel jusqu'au coffret immergé placé

sur le bâti de la boucle. De là, ces mesures de température repartaient en cuivre

jusqu'aux appareils de mesure, en passant par le boîtier margelle et la salle de re-

layage. Ces mesures étaient réparties sur des enregistreurs PEM et un processeur

CAE 3030 associé à une imprimante rapide CREED; l'exploration de 200 voies se fai-

sant au rythme de 50 millisecondes par voie.

Un capteur de pression 615 H et certains capteurs de AP (soufflante-canal)

étaient raccordés à des voltmètres indicateurs.

Trois capteurs de AP (tuyère) étaient directement reliés à une chaîne de

sécurité 2/3, alimentant à son tour l'amplificateur de chute de barres. Le signal de

sortie d'un 4ième capteur de AP tuyère alimentait un enregistreur PEM.

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Figure 11 - Mesures classiques sur les boucles

-36 -

L'exploitation du signal de sortie du capteur de vitesse était et reste

d'ailleurs un peu plus complexe. En effet, s'il advient que la vitesse de rotation

de la motosoufflante diminue jusqu'à atteindre 3 000 t/mn, (1 500 t/mn pour INCA),

on a passage de l'alimentation à fréquence variable à l'alimentation par un trans-

formateur secteur secouru. D'autre part, pour une boucle en irradiation, la chute de

vitesse au-dessous d'une valeur de consigne affichée à l'avance entraine la chute

des barres du réacteur. Pour réaliser cet ensemble de fonctions, la chaîne de mesure

de vitesse de rotation comprend :

- un ensemble électronique de mesure, dont l'amplificateur d'entrée assure

la mise en forme des impulsions fournies par le capteur. On obtient après

division et intégration des impulsions mises en forme, un signal de sor-

tie continu sur un potentiomètre de calibrage,

- un indicateur à aiguille,

- les déclencheurs du type DS2.

Le récepteur type "TELOHM 160̂ " donnant l'indication d'ouverture de vanne,

est à aiguille; sa déviation est de 300°. Les fins de course de vanne sont matéria-

lisées, sur le tableau, par des voyants lumineux.

Le tableau de contrôle comporte pour chaque poste une prise femelle permet-

tant la connexion du circuit d'alimentation de la soufflante avec un wattmètre monté

sur un pupitre mobile.

IV.2. A m é l i o r a t i o n des mesures

Partant d'une installation définie par l'architecte industrie' chargé de

l'étude et de la construction des boucles, nous avons recherché les meilleures con-

ditions de fonctionnement du matériel, en apportant, à moindres frais et immobilisa-

tion, quelques modifications aux circuits et aux capteurs. Certaines de ces modifi-

cations sont réalisées, d'autres sont en projet ou en cours de réalisation.

Les capteurs pour lesquels nous avons cherché des améliorations sont les

capteurs de pression totale et de pression différentielle, ainsi que ceux de tempé-

rature .

Les capteurs de vitesse de motosoufflante et ceux d'ouverture de vanne, ne

donnant que des paramètres de contrôle, présentent une importance moindre pour l'ex-

périmentation.

IV.2.1 - Capteur de vitesse

Le positionnement du capteur CEC par rapport au disque percé de six trous

doit être fait avec le plus grand soin; la distance du noyau magnétique au disque

est de l'ordre de — de mm. Si les cotes ne sont pas respectées, le niveau des im-

pulsions de sortie du capteur sera mauvais et, en conséquence, le signal sera diffi-

- 37 -

cilement exploitable. (Nous estimons comme aisément exploitable un signal dont le

niveau crête est ̂ à 1 volt pour 3 000 t/mn).

Le capteur doit nécessairement comporter un blindage magnétique pour ne pas

être influencé par les courants de fréquence variable qui alimentent le moteur élec-

trique de la motosoufflante.

L'impédance de la ligne de sortie du capteur doit être telle que l'affai-

blissement du signal au niveau du récepteur soit convenable.

Connaissant l'importance des dégâts que peut entraîner l'inversion de mar-

che d'une motosoufflante à paliers à gaz, nous pensons qu'il est souhaitable, lors

de l'établissement d'un projet, de prévoir un dispositif de repérage du sens de ro-

tation, exploitable dès la mise sous tension de la motosoufflante. Ceci pourrait

être obtenu en agissant sur la distance entre impulsions, par exemple, en ménageant

les trous d'entr'axes différents dans le disque formant entrefer. Le signal de sor-

tie pourrait être de la forme suivante, pour un tour :

IV.2.2 - Ouverture de la vanne

Le système "TELOHM" de recopie, donnant en % l'ouverture de la vanne de by-

pass de l'échangeur, permet de repérer les positions de vanne à respecter, pendant

un cyclage en température, à puissance constante. La recopie est fidèle à 1 % près,

si, d'un cyclage à l'autre, on respecte les mêmes sens de manoeuvre. Ces performances

nous satisfont donc pleinement. La recopie pour une boucle déplacée d'un poste à

l'autre, varie cependant de près de 5 %• II nous est donc difficile de prédéterminer,

dans une fiche d'irradiation, la position exacte qu'aura la vanne pour obtenir une

température de gaz donnée. La mise en irradiation se faisant par tâtonnements succes-

sifs, la connaissance approximative de l'ouverture de la vanne nous suffit à priori.

IV.2.3 - Tuyère de mesure de débit

La mesure de débit est un paramètre important pour déterminer la puissance

fournie par la charge de combustible en essai; nous avons cherché à utiliser au

mieux ce capteur de mesure.

La configuration de la boucle ne permettant pas de disposer de longueur

droite suffisante pour placer l'organe déprimogène dans les conditions préconisées

par la norme AFNOR "NF X10 - 101", il a fallu chercher un emplacement où la veine de

gaz est la moins pertuobée et étalonner ensuite cet organe par rapport à un système

déprimogène placé dans la longueur droite de la partie avant de la boucle. (Tube de

force).

Nous avons préféré, au diaphragme classique, l'utilisation de tuyère et de

venturi normalisés, de manière à réduire au minimum les pertes de charge apportées

par le système. Nous préconisons de placer, lorsque c'est possible, une grille d'ho-

mogénéisation à l'amont de cette tuyère.

Il est essentiel que la veine de gaz, à l'amont de la tuyère, soit homogène

en température et qu'aucun tourbillon n'existe à ce niveau. Ces conditions nous sont

apparues imperatives au début de l'exploitation des boucles EL, sur lesquelles la

tuyère était placée dans une courte longueur droite, située entre la sortie de l'é-

changeur et la bride d'aspiration de la soufflante. Lorsque la vanne de by-pass

était partiellement ouverte, le mélange du gaz chaud, venant du circuit principal,

et du gaz refroidi, venant de l'échangeur, n'était pas assuré. Les résultats des

calculs de fuite thermique, à température de gaz et débit mesuré constants (dans une

partie du circuit où la veine de gaz est homogène en température), nous sont apparus

différents suivant la position de la vanne by-pass. L'erreur que nous faisions pro-

venait de toute évidence de la mesure du débit.

Nous avons remédié à cela en déplaçant la tuyère, que nous avons cette fois

disposée sur une courte longueur droite, à l'aval de la volute de la motosouffiante.

Nous avons alors constaté une bonne fidélité de mesure, et un affaiblissement nota-

ble des oscillations du AP mesuré aux bornes du système. Il est néanmoins nécessaire

d'effectuer un étalonnage dans les conditions nominales d'utilisation de la boucle

(poids spécifique du C0_, nombre de Reynolds). Cn constate ainsi que, dans bien des

cas, le coefficient vrai de la tuyère, placée dans une longueur droite de longueur

inférieure à celle que préconisent les normes, s'écarte de 3 à k % du coefficient

théorique.

IV .2.4 - Liaisons pneumatiques entre tuyère eb traducteurs électriques

Le raccordement pneumatique de la tuyère aux traducteurs électriques reste

immergé. On a donc deux tuyauteries, branchées l 'une à l ' amon t , l 'autre à l'aval de

la tuyère. Ces deux tuyauteries sont iaccordées à 3 capteurs de pression différen-

tielle; l 'une d'elles est, de plus, raccordée aux 2 capteurs de pression totale.

Le piquage des tuyauteries au droit de la tuyère pose un problème de tenue

mécanique, à cause des dilatations différentielles de la doublante et du tube de

force . Aussi prévoyons-nous un cheminement élastique entre la doublante et le tube

de force par quelques spires de dilatation situées entre les traversées de la dou-

blante et du tube de force.

Ces tuyauteries étant placées sous le calorifuge, les risques de condensa-

tion d 'eau dans ces capacités sont négligeables. Il faut veiller à ce que les deux

tuyauteries (en 0 2 x 1 ) soient d'égale longueur, de manière à ce que la transmis-

sion du fluide soit assurée sans déphasage d'une prise par rapport à l 'autre.

Ce système a comme inconvénient d'augmenter le temps de réponse. Ceci n'est

pas une gêne pour les conditions de fonctionnement dans lesquelles sont effectuées

les irradiations.

Les deux liaisons pneumatiques comprises entre le tube de force et les cap-

teurs de pression, liaisons qui baignent dans l 'eau de la piscine (à 4o°C), devront

- 39 -

si possible être de capacité identique, et cheminer l'une près de l'autre, pour être

approximativement à la même température. Ces tuyauteries en acier inoxydable seront

de dimensions supérieures à 0 k x 6 pour éviter les phénomènes de capilarité de

l'eau de condensation. Dans le cas contraire des erreurs importantes sont introduites

dans la mesure de AP. En effet, cette partie constituant un point froid de la boucle,

on risque d'avoir de l'eau en suspension dans les tubes si ces dimensions ne sont

pas respectées.

Des capacités tampons d'une centaine de cm^ ont été placées sur les tuyau-

teries de certaines boucles. Les signaux de sortie des capteurs sont plus stables,

les variations de pression, dues aux turbulences au niveau de la tuyère, étant ainsi

amorties.

IV.2.5 - Capteurs de pression différentielle

De quatre le nombre de capteurs a été ramené à trois sur chaque boucle.

Chacun d'eux pouvant différemment être utilisé en sécurité et en mesure.

Les capteurs ACB du type ^kO Hd ont, depuis les premières réalisations de

boucles, été utilisés. Certaines modifications y ont été apportées.

La platine de démodulation et de réglage a été sortie du capteur et ramenée

en salle de contrôle. Les composants de cette platine ont été remplacés par d'autres

composants plus fiables.

Cette disposition apporte de nombreux avantages. On peut ainsi, moyennant

la disponibilité de la tuyauterie de prélèvement à l'arrière de la boucle, étalonner

périodiquement le capteur en comparant son indication à celle d'un manomètre en U.

Les résistances de lignes et d'isolement pouvant varier d'un poste d'irradiation à

l'autre, i] est recommandé de reprendre l'étalonnage des capteurs à chaque mouvement

de boucle en piscine.

L'expérience que nous avons acquise de ces capteurs a montré que l'isole-

ment des lignes d'alimentation et de mesure devait impérativement être supérieure à

0,5 MO. On peut ainsi obtenir une précision de mesure atteignant 1 %.

L'amélioration de l'étanchéité des boites où ils sont placés, le changement

des câbles de liaisons, sont autant de facteurs qui ont permis d'améliorer la ré-

ponse, et la fidélité des mesures.

Des capteurs de ce type sont également installés sur la boucle, pour per-

mettre le contrôle des pertes de charge aux bornes du panier d'irradiation et aux

bornes de la motosouf fiante . Le premier contrôle permet de vérifier que la charge de

combustible n'a pas subi de déformations importantes en cours d'irradiation; le se-

cond contrôle permet, connaissant l'ouverture du circuit, de vérifier que les mesu-

res de débit sont correctes.

Nous avons fait hors pile des essais de capteurs de type et de principe

différents de ceux-ci; en particulier, les capteurs à jauge d' extensiometrie et les

capteurs à balance de force.

- 40 -

Les premiers, ont un encombrement réduit et permettent d'obtenir une préci-

sion meilleure que 0,5 %• Le réétaloimage peut être fait sans obligation de raccor-

der un étalon en cours de fonctionnement.

Les seconds, ont une linéarité bien meilleure que celle des capteurs ACB.

La précision est aussi de l'ordre de 0,5 %• Ils sont par contre très encombrants.

Les lignes de mesure doivent être pour ces deux types de capteurs extrê-

mement soignées.

Nous n'avons pas retenu ces solutions, essentiellement à cause de leur prix

prohibitif.

IV.2.6 - Capteurs de pression

Nous avons associé au "615 H" équipant la boucle à l'origine un deuxième

capteur du type 6̂ 6 HC11 dont le principe de fonctionnement est le même que le cap-

teur différentiel ̂ 0 Hd.

Le capteur 615 H est d'un fonctionnement simple; il est relativement bon

marché. Le potentiomètre, relié au tube de Bourdon, est inséré dans un pont de

Wheatstone, permettant d'établir une relation entre la tension de sortie de ce pont

et la pression relative du fluide par rapport à l'ambiance. La linéarité de ce cap-

teur est mauvaise, aussi sommes-nous conduits à étalonner le système dans la zone de

fonctionnement prévue t our l'irradiation. L'hystérésis mécanique et la déformation

permanente du tube de Bourdon étant importantes, il faut très fréquemment reprendre

cet étalonnage. Sa précision est au mieux de 2 %.

Il est placé dans un boîtier dont la pression d'ambiance est de 1,5 bars.

IV.2.7 - Températures

Les thermocouples de mesure de température, en chromel-alumel, implantés

sur les éléments combustibles en irradiation, sont le plus souvent à soudure termi-

nale isolée de la masse, type TI, (les deux fils thermoélectriques sont soudés entre

eux par décharge électrique sous argon, la gaine est refermée par soudure autogène

argon-arc).

Pour les mesures de températures supérieures à 500°C (dans le magnésium des

éléments EdF 3), les gaines sont chromisées, pour éviter les formations d'eutectiquœ

qui pourraient apparaître au contact acier inox-magnésium.

Les câbles d'extension, en chromel-alumel, comme nous l'avons dit précédem-

ment, étaient raccordés aux câbles de cuivre dans un boîtier immergé, d'où partait

un câble de compensation. Les températures à l'intérieur de ce boîtier n'étant pas

homogènes, nous avons entrepris les modifications suivantes : (cf. schéma de câblage

de la figure noif)

- suppression du boîtier immergé,

- câble d'extension blindé de la boucle jusqu'à une boîte isotherme,

Thermo couples

soufflante et boucleSoufflante

Frigistor

Vol tmètreIntégrateur

Flexowriter

Scrutateur

Prise TupiCcr sur le bouchon

CoFFvet. i

Prise JupiCe.r surBoî t ier marge l le

Boîtier

isotherme

R é p a r t i t e u rI

p r i n c i p e l

POSTERépartiteursecondaire

POSTE 2 POSTE 8

Enregistreurs etsécurité

Figure 12 - Schéma de principe du câblage des mesures de températures

- 42 -- 45-

- relevé de la température de la boîte isotherme, à partir d'un "Frigistor"

donnant le 0°C avec une bonne précision.

Le cheminement des câbles est réalisé de manière à minimiser les inductions

parasites pouvant provenir des alimentations de la boucle.

IV.3. Mesures, contrôle et sécurités

L'installation initiale a été pratiquement refondue à 50 %• Tous les si-

gnaux de mesure, de contrôle ou de sécurité concernant la charge en irradiation, les

températures de la boucle et de la motosouffiante, la pression totale et les pres-

sions différentielles, entrent actuellement sur un répartiteur principal avant d'être

aiguillés sur les appareils que l'on désire leur affecter.

Les signaux de vitesse de motosouffiante et d'indication d'ouverture de

vanne, par contre, sont traités directement, comme prévu à l'origine de l'installa-

tion. Nous ne reviendrons pas sur ces systèmes qui donnent entière satisfaction.

Nous verrons par contre la manière dont sont conçus les répartiteurs, l'organisation

du contrôle, des sécurités et des mesures.

IV.3.1 - Répartiteurs

On regroupe sur un "Répartiteur Principal", en salle de contrôle, toutes

les arrivées des lignes de mesures : températures, pression, AP, etc..., relatives

aux boucles en pile. On Répartiteur Secondaire installé sur chacun des 8 postes peut

recevoir les informations venant du Répartiteur Principal.

Le schéma synoptique de l'installation (fig. n° 12,13)permet de mieux com-

prendre le cheminement des mesures.

Nous disposons à l'amont du Répartiteur Principal de 8 boîtes isothermes

pouvant recevoir chacune 50 lignes de mesures. Elles se composent d'un boîtier inté-

rieur logé dans un coffret fermé. Les bornes de raccordement sont fixées sur une

plaque de cuivre logée dans le boîtier intérieur. Ce dernier assure la continuité de

l'anneau de garde des liaisons électriques. Entre le boîtier et le coffret, le calo-

rifuge est en mousse de polyuréthane, dont la conductibilité thermique à 20°C est

environ 0,10 kcal/m.h. °C.

Deux thermocouples plongés dans une chambre de référence à 0°C dite "FRI-

GISTOR" sont raccordée à chaque boîte isotherme. Les lignes de cuivre blindées par-•>

tant des boites isothermes sont connectées au répartiteur principal.

Chaque ligne est raccordée à deux embases femelles de connecteurs AOIP au

Répartiteur Principal, l'une est affectée au contrôle et aux sécurités, l'autre à la

mesure. Un jack placé dans l'embase "Contrôle-Sécurités" aiguille la ligne vers le

répartiteur secondaire correspondant au poste d'irradiation.

Vers

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Figure 13 - Schéma de principe des répartiteurs

Figure 14 - Paniers éléments combustibles

-l'NCA- -EDF 3-

- 44 -

Les voies des appareils de contrôle et de sécurité sont également raccor-

dées à ce répartiteur secondaire sur des embases du même type.

IV .3 • 2 - Organisation du contrôle

Les appareils de contrôle raccordés à un répartiteur secondaire sont :

- 1 enregistreur MEGI (16 voies) compensé en T°C,

- 2 miniponts MECI (6 voies chacun) compensés en température,

- 2 miniponts MECI monovoie non compensés,

- un système électronique de mesure de débit.

Les trois premiers appareils sont réservés aux mesures de température, les

deux suivants à des signaux de mesure de bas niveau AP, P, etc...).

Le branchement des lignes se fait au répartiteur secondaire à l'aide de

cordons munis de jacks aux extrémités; on peut affecter une ligne de mesure à une

voie quelconque d'un appareil de son choix, ce qui donne une souplesse dans l'orga-

nisation du contrôle, et dans le choix des gammes de mesure.

Nous avons abandonné l'utilisation du processeur CAE 3030, dont le seul in-

térêt, pour les besoins qui nous concernent, était de nous afficher les dépassements

de seuil des voies contrôlées (20 voies au choix sur 50). Son utilisation, pour les

mesures, s'est avéré d'une précision insuffisante.

Les seuils de dépassement sont maintenant commandés depuis les enregis-

treurs.

IV.3-3 - Organisation des sécurités

Sur chaque boucle, nous avons la possibilité de mettre en service quatre

chaînes de sécurité pouvant entraîner la chute des barres de la pile :

- vitesse soufflante mini, en 1/1

- pression mini, en 2/3

- température maxi, en 2/3

- AP mini à la tuyère, en 2/3-

Les deux premières sont connectées directement et en permanence, les deux

dernières sont branchées au choix depuis les répartiteurs secondaires, suivant le

type d'expérience à réaliser.

Ces sécurités déclenchent une alarme à un premier seuil et entraînent la

chute des barres de la pile au second seuil.

Les chaînes de sécurité de température, de réalisation LEPAUTE, ont été ré-

cemment mises en place; elles comprennent, dans un tiroir unique, trois voies de me-

sure attaquant une logique majoritaire en 2/3, et les alimentations stabilisées né-

cessaires .

Le principe retenu a été le suivant : par voie,

Figure 15 - Répartiteur p r i n c i p a l

Figure 16 - Répartiteur secondaire

- 1 amplificateur différentiel à courant continu, de gain 1.000,

entrée 0 - 5 mV,

- 1 système de décalage de zéro, opposant à la tension d'entrée une tension

réglable entre 0 et 50 mV (précision du décalage - 35 |-lV) permettant la

mesure de tensions comprises entre 0 et 55 mV,

- 1 galvanomètre de classe I, gradué de 50 en 50 |jV, de 5 mV à 0, il donne

l'écart de la tension d'entrée par rapport au seuil provoquant la chute

de barres,

- 1 potentiomètre à affichage mécanique permettant de régler une préalerte

sur la plage située entre 60 et 100 % de la tension max. de sortie de

l'amplificateur (chute des barres à 100 %),

- 1 système de compensation de soudure froide.

IV.3.4 - Organisation des mesures

Les mesures de températures, de pression totale et de pressions différen-

tielles sont effectuées avec un récepteur de bonne précision. Les premières mesures

furent effectuées à l'aide d'un pont potentiométrique AOIP, type P 12. Les manipula-

tions sur cet appareil sont longues. Les contacts de ses commutateurs se détériorent

progressivement, et ainsi la mesure se trouve entachée d'une erreur appréciable.

A l'heure actuelle, les mesures sont faites à l'aide d'un voltmètre numé-

rique intégrateur. (Marque : Hewlett Packard, modèle DY 2̂ 01 C). Les mesures sont

faites, voie par voie, par enfichage manuel d'un jack dans l'embase AOIP du réparti-

teur principal. Le blindage des câbles de mesure est relié d'une part, à la masse la

plus proche de la tête du capteur, d'autre part, à l'anneau de garde du voltmètre nu-

mérique .

Cet équipement est en cours de perfectionnement, de façon à obtenir un en-

semble de centralisation de mesures à scrutation automatique. Il est destiné en pri-

orité à fournir la mesure aussi précise que possible, des tensions délivrées par les

capteurs (niveau maximum : 100 mV=), et -non à faciliter la conduite ou la surveil-

lance des boucles. Les résultats de mesure, ainsi que divers renseignements auxi-

liaires, seront enregistrés sur une FLEXOWRITER, simultanément sous forme d'un docu-

ment imprimé et d'une bande perforée. Cette bande, dite sélective, ne comporte que

les renseignements utiles au calcul.

L'organe central de commande sera le clavier de la machine à écrire. C'est

à partir de ce clavier que seront sélectionnés, le poste, et la voie que l'on désireexaminer.

La scrutation sera synchronisée par une bande programme qui portera tous

les codes utiles à la mise en page, aux diverses sélections et à la réalisation

d'une bande sélective.

Il est prévu, initialement, deux types de bande-programme :

- bande-programme pour relevés complets,

- bande-programme à des fins de test, permettant d'appeler pour contrôle

une voie ou un groupe de voies quelconques.

On peut également envisager un programme permettant la scrutation des prin-

cipaux paramètres sur l'ensemble des huit postes.

La cadence de scrutation sera, au maximum, d'une voie par seconde. Cette

vitesse est suffisante, puisque, dans le domaine des mesures, nous ne nous intéres-

sons qu'aux régimes stabilisés.

Les bandes perforées, dites sélectives, et ne comportant que des renseigne-

ments rtiles au calcul, permettront la transcription sur cartes, à l'aide du conver-

tisseur IBM 834, installé à PEGGY.

IV.4. Traitement des informations

L'installation d'un ensemble de centralisation de mesures à scrutation

automatique et la collecte des mesures sous forme d'informations digitalisées orien-

te les dépouillements et l'exploitation de ces mesures vers leur traitement numé-

rique sur calculatrices électroniques.

Ce traitement, dit automatique, des mesures permet d'exploiter finement les

expériences et d'obtenir des renseignements physiques qu'il serait difficile d'obte-

nir avec des méthodes manuelles de traitement, du fait de la maniabilité et des

possibilités offertes par les ordinateurs de grande puissance.

Le Centre de Cadarache disposant d'un IBM 360/50, le "traitement automa-

tique" des mesures faites à Pégase nécessite l'utilisation de programmes spécifiques

dont l'élaboration, entreprise il y a quelques mois, se poursuit activement. D'ores

et déjà, les programmes disponibles permettent, à partir des mesures faites sur les

charges en irradiation :

a) L'exploitation systématique de ces mesures par le programme DAP

(dépouillement automatique des procès-verbaux d'irradiation).

Ce programme effectue notamment :

- la transformation des valeurs de température (de volts en degrés C),

- le calcul de la puissance dégagée dans l'élément central du chargement,

- le calcul de la puissance spécifique moyenne compte-tenu des fuites

thermiques de la boucle.

b) De déterminer le champ de températures dans la section droite d'un bar-

reau combustible refroidi par un fluide (programme RELAX).

c) De calculer les températures axiales de gaine (programme TAG).

d) D'évaluer la puissance spécifique intégrée d'une charge, ainsi que les

- 48 -

temps de fonctionnement dans les différents régimes réalisés (programme PINT).

Ces méthodes automatiques de traitement de l'information permettent, outre

un gain de temps appréciable sur le dépouillement, une meilleure compréhension des

phénomènes, grâce à une synthèse plus facile à faire et moins approximative, puis-

qu'elle tient compte de paramètres difficiles à utiliser dans les méthodes manuelles

de dépouillement.

C H A P I T R E

LES PANIERS

V.O. Généralités

Le panier est l'organe mécanique qui permet de maintenir à sa place dans le

tube de force de la boucle l'élément combustible à irradier.

Compte tenu de la constitution des boucles, l'étude a été orientée vers un

dispositif accessible par la partie supérieure du tube de force. Le panier est de ce

fait solidaire du bouchon avant, auquel il est relié d'une façon semi-rigide.

Nous considérons donc le panier comme composé de trois parties principales:

- le panier proprement dit : enveloppe expérimentale enserrant le combus-

tible à tester,

- la tringle ou organe de liaison entre le panier et le bouchon,

- le bouchon du tube avant.

Nous verrons plus loin que, dans l'évolution de ce matériel, la tringle a

pratiquement disparu au profit d'un panier de longueur bien supérieure à celle né-

cessitée par le combustible.

Comme nous le disions plus haut, le rôle du panier est de positionner

l'élément combustible dans le canal d'irradiation, au niveau du coeur du réacteur.

(Positionnement en hauteur et en angle). Il se double d'une mission non moins impor-

tante qui est de faire cheminer jusqu'au bouchon les lignes de mesures diverses

réparties dans les éléments combustibles ou dans la veine gazeuse. Ce cheminement

doit être nécessairement bien choisi, de façon à éviter des déplacements intempes-

tifs des thermocoax, ce qui aurait comme conséquence de modifier les mesures de tem-

pératures, ou même le débit.

Par ailleurs il ne faut pas perdre de vue l'opération finale de démantèle-

ment de l'ensemble au télémanipulateur; d'où une étude minutieuse des systèmes d'as-

semblage des divers éléments. La solution la plus généralement utilisée comporte des

pions d'assemblage maintenus par un frettage en fil d'acier inoxydable.

- 50 -

V.l. Différents types de paniers

Tous les paniers ont en commun le fait que la partie expérimentale est cons-

tituée par une tôle fine (roulée, soudée, mandrinée), et dont le diamètre intérieur

est voisin du diamètre d'un canal du réacteur dont on étudie un élément combustible.

V.1.1 - Paniers classiques

Ce sont les paniers pour lesquels la liaison au bouchon avait été prévue

sous forme d'une tringle (tube inox 0 3̂ ,̂ ).

Le principal avantage de ces paniers est de pouvoir positionner assez exac-

tement les éléments à irradier. En effet, la tringle est fabriquée en deux éléments

réunis par une noix à double filetage (pas à gauche - pas à droite) permettant, en

fin de montage, d-1 une part, de régler avec précision la cote du plan médian du pa-

nier par rapport à une face d'appui du bouchon, d'autre part, d'orienter une généra-

trice du panier par rapport à une génératrice du bouchon. Ce dernier point est très

important pour la conduite des essais en pile. De plus, l'accouplement de cette

tringle avec le bouchon et avec le chapeau du panier se fait par l'intermédiaire

d'un système à cardans, donnant une souplesse latérale à l'ensemble et permettant

ainsi de rattraper les défauts d'alignement des doublantes par rapport au manchon

supérieur du tube de force avant.

Enfin, putre avantage très intéressant du système à tringle, le diamètre

intérieur (0 26) assure un passage aisé aux lignes thermométriques, hors du courant

gazeux.

V.1.2 - Paniers nouveaux

Les avantages énumérés ci-dessus s'accompagnent évidemment d'inconvénients

divers. L'un d'eux fut assez rapidement mis en évidence : le débit massique du gaz

de refroidissement ne pouvait guère dépasser la valeur de 3 kg/s (charge EdF 3).

Cause probable : la forme tourmentée et massive de la pièce reliant le panier à la

tringle.

De nouveaux montages furent donc étudiés, où la tringle, remplacée par un

élément identique à l'enveloppe expérimentale, ne nécessitait plus de pièce de liai-

son encombrante.

On a pu ainsi passer de 3 à 3,6 kg/s dans le cas de charges type EdF k.

- 51 -

V.2. Evolution des paniers

V.2.1 - Les paniers

La solution retenue pour les charges EdF 4 n'était pas exempte de défauts.

En particulier, conçue pour une circulation verticale descendante du gaz carbonique,

la liaison mécanique des deux enveloppes (panier proprement dit et sa liaison au bou-

chon) s'adaptait mal aux problèmes de l'enfournement dans le tube de force. Par

ailleurs, la liaison était trop figée pour permettre un réglage en position des

charges à irradier.

Avec l'apparition des charges Bugey, destinées aux boucles INCA, le problème

a été repris. Nous avons profité d'une étude particulière faite au Département Métal-

lurgie (montage pour essais de fluage, en compression, des bouchons de cartouches à

empilement) où une solution originale d'assemblage des sous-ensembles avait été mise

au point,

Le panier INCA, s'il présente encore quelques défauts, peut être considéré,

malgré tout, comme l'une des meilleures réalisations industrielles de paniers à com-

bustibles, et les futurs dispositifs d'irradiation en boucle s'en inspireront très

largement.

V.2.2 - Les prises étanches

La traversée du bouchon par les lignes thermométriques et le raccordement

au câble de liaison avec la margelle ont été des points particulièrement étudiés,

puisque ces points peuvent influer sur la précision et la sécurité des mesures.

Des traversées étanches ont été conçues par le Service des Etudes Mécaniques

et Thermiques. Elles ont donné toute satisfaction.

Les prises de raccordement au câble de liaison, par contre, nous ont obligé

à des études et essais d'amélioration répétés.

Le choix initial, s'est porté sur un connecteur étanche à verrouillage rapi-

de. Il importait, parallèlement, d'avoir une embase (sur le bouchon), de dimension

réduite, tout en assurant le maximum de contacts possibles; enfin, la continuité des

lignes de mesure demandait que les broches et douilles soient en chromel (NC) pour

moitié, et en alumel (NA) pour les autres. Les prises LEMO (construction Jupiter)

répondaient à toutes ces conditions.

Après quelques mois d'expérimentation, il est apparu des problèmes divers

que nous résumons ainsi :

a) Etanchéité

Pouvait être imparfaite, car le poids des câbles avait tendance à désa-

ligner le connecteur par rapport à l'embase, d'où une mauvaise portée des joints

toriques.

- 52 -

b) Isolement électrique

La conception du verrouillage rapide est telle que la déconnexion (qui

s'effectue dans l'air) provoque l'entrée de quelques gouttes d'eau dans l'embase.

c) Résistance des contacts

Les douilles subissant une légère déformation permanente, certains con-

tacts deviennent rapidement inacceptables.

d) Fragilité mécanique

Un connecteur, tchappant des mains de l'opérateur et heurtant la margelle,

peut être déformé à son extrémité, qui justement sert de portée au joint torique.

e) Augmentation du nombre des contacts

Mais l'expérimentation des charges nouvelles a besoin de lignes de me-

sures supplémentaires, et les J>(- broches des prises LEMO constituent une limitation:

diminuer les dimensions des contacts pour en augmenter le nombre n'est pas une solu-

tion sûre.

Une conception nouvelle est à l'origine d'études en cours au Département

Métallurgie et au S.E.M.T. Un premier connecteur à 65 contacts a été réalisé, et

fera expérimenté très prochainement.

V.3. Montage des charges

Le montage des paniers s'effectuait dans une salle spécialement aménagée,

située sous les ateliers chauds. (Actuellement transférée au Hall II à proximité des

ateliers).

Cette salle est équipée de gouttières mobiles de montage, reposant sur des

soûles. L'un des socles est muni d'un palier dans lequel vient reposer un axe soli-

daire de la gouttière. A l'extrémité opposée de celle-ci, une anse peut recevoir le

crochet du pont élévateur. Lorsque le montage du panier est terminé, ce dernier est

fixé par sangles sur la gouttière; une première manoeuvre consiste à dresser l'en-

semble à la verticale; dans un deuxième temps, on transporte cette charge jusqu'au

râtelier situé près du mur. Le panier, toujours solidaire de sa gouttière, est en-

•. .- v -v-rt ':-Ki.*"'"Ç'"~7>"'-I!;v-""•'.• ' • / • • • ' • ' • » & ^WAv.A{/itta>iiiv<'-. <i''.-Aft siïf •••&;* V..̂ -'-̂ -..̂'

Figure 17 - Equipement en thermocouples d'un élément EdF

Figure 18 - Panier pour élément combustible Bugey

gagé dans le râtelier; une mâchoire vient enserrer la tête du bouchon, permettant de

libérer la gouttière que l'on repose sur ses socles. Quant au panier ainsi stocké,

il sera, le moment venu, transporté à l'atelier chaud. Un crochet spécial adapté au

pont roulant de l'atelier chaud passe par une trappe du plafond et vient enlever le

panier pour le charger dans une boucle disponible.

Le montage s'effectue à partir de sous-ensembles provenant d'un magasin voi-

sin. Les éléments combustibles vierges sont préparés en vue de leur équipement en

lignes thermométriques : perçage des logements pour les têtes de couples, perçage

des trous d'ancrage des frettes de maintien dans les ailettes des chevrons.

Cette préparation effectuée, on procède à l'instrumentation qui est l'opé-

ration la plus délicate; les sondes sont serties dans leurs logements, puis formées

en vue de leur cheminement dans les rainures de la gaine. Elles y sont soigneusement

arrimées par des pontets en fil d'inox de 5/10 de mm ancrés dans les ailettes des

chevrons. Ceci pour éliminer au maximum les vibrations.

A la sortie du combustible, les sondes sont formées en trois faisceaux de

plusieurs mètres de long, les sondes d'un même faisceau étant-liées ensemble à l'aide

de frettes de fil d'inox.

La longueur de ces faisceaux est prévue pour qu'au montage les sondes traver-

sent les 2/3 de la protection biologique du bouchon. Des microboîtiers de raccorde-

ment assurent la continuité entre les sondes et des fils d'extension en fil souple

qui permettront le câblage sur des traversée? étanches.

Puis les cartouches instrumentées sont montées dans leurs supports appelés

chemises.

Ces chemises ont pour but d'assurer la liaison mécanique entre les cartou-

ches et les paniers. Leur forme, leur dimensions et les matériaux qui les constituent

sont imposés par la forme et les dimensions des canaux des diverses piles dont on

essaye les éléments.

Les centreurs des combustibles venant s'ajuster dans des rainures prati-

quées dans les chemises, l'embase de la cartouche venant reposer sur sa selle soli-

daire de la chemise, la chemise est rendue solidaire en rotation du panier par un

système tenon-mortaise.

L'ensemble est alors introduit dans le panier, la partie délicate de cette

opération étant l'enclenchement du système tenon-mortaise.

Dès lors, le panier est placé sur sa gouttière où les dernières opérations

d'assemblage et de câblage sont pratiquées. Celles-ci sont, dans l'ordre chronolo-

gique :

- cheminement des faisceaux de sondes dans la tringle,<j

- assemblage panier tringle,

- cheminement des faisceaux de sondes dans le bouchon,

- assemblage tringle bouchon,

- câblage des sondes sur les traversées étanches au gaz,

- câblage des traversées gaz à l'embase du bouchon.

- 55 -

L'ensemble est enfin contrôlé : tout d'abord, les vérifications mécaniques

et positionnement du combustible dans le panier; puis contrôle électrique de bonne

continuité des lignes et de leur isolement.

- 56 -

C H A P I T R E V I

MISE EN PILE DES DISPOSITIFS D'IRRADIATION, APPAREILLAGES

POUR EXAMENS RADIOLOGIQUES DE CHARGES ACTIVES

VI.O. Généralités

L'ensemble des opérations de manutention des boucles PEGASE est réalisé à

partir des mouvements suivants :

- avance ou recul sur les chariots de la piscine,

- réglage des butées correspondant à chaque chariot,

- transport à l'intérieur de l'enceinte étanche par le p->rtique de manu-

tention,

- transport dans les canaux de l'atelier chaud par le convoyeur immergé,

- mise en place dans la cellule par l'élévateur immergé,

- déchargement de la boucle grâce aux manipulateurs lourds.

Ajoutons une installation récente de contrôle par rayons X dos éléments

irradiés non déchargés.

Pour chacun des appareillages nous donnerons une définition, une descrip-

tion sommaire et une critique faisant apparaître les avantages et les inconvénients,

VI.1. Chariots

Les chariots boucles cheminent au fond de la piscine, radialement. Leur

course est comprise entre 0 et 500 mm. Ces cotes correspondent aux contacts chariot-

coeur et chariot-cuvelage arrière. Rappelons que la piscine a une profondeur de 12

mètres, il était donc nécessaire de commander ces chariots par une chaîne mécanique

immergée.

L'approche de la boucle (3 à 5 tonnes) s'effectue avec une précision égale

à 0,1 mm.

- 57 -

La cinématique utilisée permet d'obtenir les différentes commandes, moto-

risées, manuelles, secours.

Pour ceci, elle comprend :

a) Un mécanisme supérieur avec moteur d'entraînement, un limiteur de cour-

se électrique, une butée .mécanique de fin de course réglable avec vis et écrou dans

la plage 0 à 500 mm, un limiteur de couple à billes poussées par des ressorts; un

harnais d'aiguillage sur les commandes manuelles, motorisées ou secours.

b) Une transmission mécanique par arbres et joints de type Oldham.

c) Le chariot, lui-même attaqué par une vis intégrale et roulant sur ses

rails au fond de la piscine.

Dans l'ensemble, le fonctionnement du système est satisfaisant, cepen-

dant nous avons rencontré des problèmes d'alignement sur les arbres intermédiaires.

Ces arbres sont supportés par des coussinets en rilsan, lequel dans l'eau déminéra-

lisée vieillit en accusant des gonflements et des déformations. Ces déformations se

sont manifestées par des points durs dans la chaîne cinématique. Notons que des ajus-

tages précis étaient imposés par la précision demandée (0,1 mm).

De même, nous avons eu des grippages sur les vis intégrales d'entraîne-

ment qui bien qu'étant surdimensionnées pour les efforts à transmettre restent fra-

giles.

C'est après ces incidents que les butées et limiteurs furent mis en

fonctionnement.

VI.2. Butées

Devant la fiabilité douteuse des contacts électriques de fin de course,

face à leur précision de coupure très faible et aléatoire, la nécessité est apparue

de limiter sûrement et avec précision la course du chariot sur sa plage de fonction-

nement.

Cette limitation a été obtenue à l'aide d'un système vis et écrou dont

la course, au rapport de réduction près, est l'image de la course du chariot en pis-

cine. Le système est.installé dans le mécanisme supérieur de commande.

Les efforts mis en jeu lors d'une butée en commande motorisée sont très

importants, du fait de la puissance du moteur (2 ch) pour une puissance absorbée de

100 W pendant le transport d'une boucle. Il était nécessaire d'interposer dans la

chaîne, entre le moteur et la butée, un fusible mécanique.

Ce système de limitation implique un réglage approprié pour chaque type

- 58 - - 59 -

Figure 19 - Charge EL 4 ava.Tt sa mise en panier

Figure 2l - Décorticage d'une charge EL 4

d'irradiation. En conséquence, le problème de sécurité absolue dans l'approche n'est

pas pleinement satisfaisant, du fait du réglage préalable nécessaire, source d'er-

reurs.

De plus il impose une gêne certaine dans l'exploitation, car il nécessite

le démontage d'une partie du mécanisme supérieur pour chaque réglage.

Notons, en plus, que cette installation des butées et des limiteurs indi-

qués au paragraphe précédent est intervenue p.près la construction initiale, et l'en-

semble PEGASE étant en fonctionnement. Elle a été par conséquent d'un coût élevé, et

a nécessité une immobilisation des chariots lors de leur montage.

Nous pensons que ce problème de sécurité aurait pu être résolu plus simple-

ment en conservant le limiteur de couple manuel et en améliorant la fiabilité des

fins de courses électriques.

VI.3. Portique de manutention

Le portique de manutention est conçu pour le transport à l'intérieur de

l'enceinte étanche d'un ensemble lourd (j> à 5 tonnes) à la verticale d'un coeur en

fonctionnement.

Immédiatement apparaissent les problèmes de sécurité absolue pendant le

transport. Durant l'établissement du projet, plusieurs cheminements de principe fu-

rent proposés; cheminement comprenant le passage à la verticale du coeur avec ensem-

ble de sécurités important, sans passage à la verticale mais avec des sécurités

moindres, etc... Seul le premier a été retenu pour garder le caractère de totale

autonomie des boucles d'irradiation dans le réacteur PEGASE.

Il est composé d'un palonnier suspendu à un treuil et équipé de pinces.

Chacun des mouvements est attaqué par un moteur à commande par l'induit à l'aide

d'un variateur à transducteur magnétique. Durant tous les mouvements levage, rota-

tion, translation dans un plan horizontal, la charge est répartie sur les trois pin-

ces du palonnier (capacité de force 10 tonnes par pince, auto verrouillage 100 kg).

Pour cette fonction, la sécurité est absolue, il est impossible de lâcher

accidentellement une charge.

Le treuil est commandé par son propre moteur et par un électro-frein. Ce

dernier étant incapable de freiner seul le mouvement de descente, il est impératif

pendant la descente freinée d'avoir un contrôle de vitesse.

Ce contrôle permet de prévoir un dépassement de vitesse nominale, ceci re-

vient à dire qu'une défaillance de 1'electro frein peut entraîner une dépose extrê-

Figure 20 - Mécanisme d'avance du chariot butées électriques

- 60 - - 6l -

mement brutale de la boucle dans le fond de la piscine. La sécurité durant la des-

cente est donc précaire.

Les contrôles d'assiette du palonnier sont obtenus grâce à un niveau à mer-

cure. Son fonctionnement est correct, son entretien est fréquent et fastidieux, les

périodes de réglage sont longues et délicates. Les précisions obtenues avec ce ni-

veau sont de l'ordre de 17 minutes d'angle.

Les chaînes cinématiques des mouvements verticaux et horizontaux entraînées

par les moteurs ne sont pas doublées de commandes manuelles. Dans l'état actuel, il

est très difficile de poursuivre manuellement un mouvement interrompu par une panne.

Il serait bon par conséquent d'installer un dispositif permettant d'effec-

tuer simultanément ces mouvements et le déblocage de 1'électro-frein correspondant.

Nous pensons installer prochainement un dispositif d'auto-freinage sur le moteur de

levage. Ce dispositif pren_rait effet dès la détection d'une survitesse ayant pour

origine la rupture d'un électro-frein; il utiliserait une source auxiliaire et limi-

terait la course verticale.

Nous donnons maintenant quelques critiques d'ensemble.

La séparation des fonctions est mal conçue, d'où de nombreuses difficultés

pour la recherche des pannes.

Les composants sont disparates et souvent non normalisés, d'où difficultés

d'approvisionnement et obligation de rassembler des stocks de pièces de même nature,

mais de marques différentes. Quelques améliorations ont été apportées; changement de

bornage, suppression des boîtes d'étanchéité noyées dans l'araldite, modifications

des passages de câbles, changement du type des câbles passant dans les tourelles

d"orientation.

Le matériel mécanique est massif, certains démontages sont impossibles,

moteur de levage en particulier.

Dans l'ensemble le portique donne satisfaction, cependant il ne permet pas

de résoudre absolument tous les problèmes de sécurité. Il a été rapidement dépassé

par les techniques, et dans l'état actuel, il serait aisé de concevoir un portique

d'une extrême simplicité relative. Nous pensons particulièrement à l'utilisation

possible des thyristors, des moteurs à commande par tout ou rien, etc...

De même, et compte tenu de l'expérience acquise, la vitesse des mouvements

pourrait être augmentée sensiblement sans gêne. Les temps de transport sont immua-

bles et exagérés devant les temps mis pour effectuer les manipulations transitoires

telles que : connexions, déconnexions, chargements, essais préliminaires à la mise

en pile des boucles.

Figure 22 - Manutention d'une boucle en piscine

- 62 -

VI.4. Convoyeur immergé

Le convoyeur immergé permet le transport des boucles du bassin de stockage

situé dans l'enceinte étanche (en dépression), vers l'atelier chaud ou la cellule de

déchargement, locaux à pression atmosphérique.

Il chemine sur des rails, au fond du bassin de stockage et des canaux, les

orientations vers les différents postes s'effectuent à l'aide d'une plaque tournante

montée sur galets cylindriques, commandée de la berge. Sa commande est constituée

par un moto-réducteur situé dans une cloche à air, la commande électrique est donnée

par un câble avec enrouleur. Son chariot à double rangée de galets autorise le pas-

sage des portées de batardeaux.

A l'origine, la cloche était pressurisée grâce à un système "bouteille et

régulateur". Ce dernier s'est avéré inefficace et a été supprimé. Il suffit d'équi-

librer les pressions d'air et d'eau pendant la plongée; après dépose, l'air empri^

sonné est suffisant, et son volume n'est pas modifié grâce aux déplacements à très

faible vitesse de la cloche.

Nous avons actuellement pour recopier les positionnements, un système méca-

nique qui est très peu précis, et subit de nombreux décalages. Compte tenu de notre

expérience des contacts et fins de course immergés, nous préparons une recopie des

positionnements directs par tout ou rien électrique, qui sera beaucoup plus fiable.

De même, ici, si la lenteur des mouvements facilite la résolution de quel-

ques problèmes, elle constitue une gêne et une perte de temps certaine dans l'ex-

ploitation.

VI.5. Cellule de déchargement

La cellule de déchargement est un ensemble comprenant des manipulateurs

lourds et légers, un élévateur de boucles, des outillages de travail à distance, des

châteaux de plomb pour transport.

Elle est conçue pour permettre le déchargement des boucles, le traitement

des paniers d'essais en pile, le conditionnement des cartouches d'uranium ou de gra-

phite, pour leur expédition vers le LECA, et des déchets, pour leur évacuation vers

le stockage définitif ou provisoire.

L'extraction des, paniers s'effectue verticalement grâce aux manipulateurs

lourds. De même, il était prévu à l'origine d'extraire les éléments, du panier, ver-

ticalement. Pour des raisons de sécurité de manipulation, particulièrement pour les

éléments INCA très lourds, cette opération s'effectue actuellement horizontalement.

Les éléments conditionnés en containers cheminent également horizontalement sur une

goulotte de chargement au travers du barillet de la cellule vers le château de trans-

port extérieur.

La cellule était prévue pour une activité de 30.000 curies; elle est cou-

ramment utilisée avec des paniers ayant une activité de 10.000 curies.

Des essais avec sources et avec les charges les plus irradiées ont permis

de démontrer que l'étanchéité aux rayonnements était satisfaisante.

Entre l'enceinte de la cellule et l'atelier qui la contient règne une dif-

férence de pression égale à 10 mm Hg. Après ouverture de la porte, l'air circule de

l'extérieur vers l'intérieur avec une vitesse de 0,5 m/s.

Cette différence de pression est obtenue grâce à un circuit d'aspiration à

0,5 m/s dès l'ouverture de la porte, il serait nécessaire de modifier la répartition

de débits d'air et d'annuler le débit d'aspiration en atelier chaud. Il serait par

conséquent souhaitable d'avoir un circuit d'aspiration dans la cellule distinct de

celui de l'atelier chaud.

Les manipulateurs lourds conçus pour des efforts d'extraction importants

(800 kg) et des couples de 15 m-kg, de type OTER, répondent parfaitement au travail

demandé. Ce sont des ensembles robustes, qui permettent de manipuler avec précision.

Le problème de la lecture des efforts et des couples de serrage a été mal

résolu. Un système à jauges extensométriques aurait dû permettre cette lecture, mais

les références mécaniques permettant d'effectuer de bonnes lectures ne sont pas

constantes. La mise au point d'un nouveau procédé de mesure nécessite un investisse-

ment trop important. Les différentes opérations au point de vue dosage des efforts

s'effectuent pratiquement par tout ou rien.

Un incident de contamination de la cellule durant une évacuation de déchets

a permis de prouver que l'installation intérieure se prêtait mal au procédés de dé-

contamination énergique tels que lavages au jet, applications de détergents, sa-

blages.

Les manipulateurs ne sont pas étanches, les murs de la cellule sont peints,

les sols sont en acier inoxydable mais leur géométrie n'est pas favorable à la dé-

contamination.

Cet incident nous a également montré la nécessité d'avoir un ensemble d'as-j

piration des déchets, indépendemment du système d'aspiration des poussières. Cet en-

semble a été réalisé. Il est constitué par un aspirateur à très forte aspiration,

des filtres, une hotte de protection à l'extérieur de la cellule.

Lors du dernier incident, l'absence d'arrière cellule a entraîné la poilu-

tion,totale, par les poussières, de l'atelier chaud. Suite à cette pollution, nous

avons installé un sas amovible sur la face latérale de la cellule; il permet l'ou-

verture de la porte blindée sans risque de contamination externe.

De même que pour le portique et le convoyeur immergé, nous sommes là aussi

tributaires des temps mis pour accomplir les différentes phases opérationnelles.

Dans le cas des manipulateurs, il est très difficile d'augmenter les vi-

tesses. Cependant l'acquisition d'un manipulateur léger à main nous a permis de di-

minuer les temps nécessaires aux opérations mettant en jeu de faibles efforts.

Un temps appréciable a été gagné, après l'acquisition de deux châteaux à

déchets supplémentaires, sur les rotations de chargement et déchargement entre la

cellule et le stockage définitif.

VI.6. Installation radiologique

Le dispositif d'observation radiologique est destiné à examiner les combus-

tibles, à l'intérieur des boucles d'irradiation de la Pile PBGASE.

Le combustible est placé dans le tube de force d'une boucle qui est trans-

portée, depuis la pile, jusqu'au dispositif d'observation où elle est placée, à

poste fixe, dans le bassin de stockage.

Le dispositif permet d'observer le combustible sous différents angles et à

diverses hauteurs, par télévision, et de prendre des radiographies des défauts inté-

ressants constatés.

Le combustible radioactif à observer reste immobile pendant toute la durée

de l'observation.

Le caisson étanche peut pivoter autour du tube de force et se déplacer ver-

ticalement dans l'axe du tube. Il contient un ensemble de radioscopie composé d'un

émetteur de rayons X, une grille tournante en plomb, constituée par des trous et des

pleins localisés sur le centre d'émission X, et permettant d'arrêter la plus grande

partie possible du rayonnement émis par le combustible en examen, un écran fluores-

cent, une caméra de télévision qui envoie ses informations sur un récepteur exté-

rieur. Egalement, il contient un ensemble dérouleur de film, dont la vitesse de dé-

roulement est fonction de la vitesse de montée du caisson.

Pour obtenir un meilleur rendement, l'eau située entre le tube de force et

les deux fenêtres, est écartée par des poches à air gonflées avant l'observation.

- 65-

L'alimentation de l'émetteur X est effectuée par l'intermédiaire de deux

câbles immergés : leur tension de fonctionnement est de 150 KV. Nous avons rencontré

là le problème de l'immersion d'une haute tension : l'étanchéité du câble lui-même

est satisfaisante. Les sorties des câbles se situent dans le caisson pressurisé à

l'air industriel : lequel est chargé d'une humidité préjudiciable à la bonne tenue

électrique des embouts.

Nous préconisons l'utilisation d'un assécheur d'air, situé en amont du

caisson étanche.

Après la première mise en exploitation, le système de radioscopie était

pratiquement inexploitable. Ceci pouvait être dû, soit aux rayonnements Y trop in-

tenses, soit à une mauvaise utilisation de la grille, ou à un mauvais usinage de

cette dernière.

Plusieurs essais méthodiques ont permis de mettre en évidence un mauvais

réglage des axes optiques, une mauvaise fabrication de la grille tournante.

Notons que celle-ci est réalisée par assemblage de secteurs de plomb diffi-

cilement usinables, et qui risquent de fluer pendant sa rotation.

Nous attachons une importance essentielle au bon alignement des axes op-

tiques du faisceau émis, et de la grille tournante. De plus, le faisceau conique

sortant de l'émetteur doit pénétrer exactement dans le cône de la grille, sous peine

de rencontrer des réflexions parasites issues des bords de la grille.

Nous nous attacherons donc, au cours des prochains essais, à diaphragmer

le cône d'émission à la sortie de l'émetteur. De même, nous ramènerons l'axe du cône

d'émission dans l'axe de la grille tournante.

Moyennant ces séquences de mise au point, nous pensons obtenir de bonnes

images en radioscopie, même avec des flux de rayonnements y élevés. Si nos essais

sont concluants, nous suggérerons alors l'utilisation d'un amplificateur de bril-

lance, situé entre l'écran fluorescent et le tube analyseur, et la confection d'une

grille en métal plus lourd que le plomb, le denal par exemple.

La radiographie n'utilise pas la grille tournante. Pour diminuer l'effet du

rayonnement y sur ̂ e film, il est utilisé un collimateur à fente. Le paramètre im-

portant est l'ouverture de cette fente. Cependant, les plages de réglages sont très

faibles étant donné que l'énergie des rayons y es^ sensiblement égale à l'énergie

des rayons X produits par l'émetteur considéré.

Un deuxième paramètre lié au premier est la vitesse de déroulement du film,

sur laquelle on ne peut intervenir facilement, le déroulement se trouvant dans le

caissons

- 66 -

Pc j.1 un flux de rayons X donné, il est souhaitable de défiler très lente-

ment, mais alors le rayonnement y impressionne également le film et nous avons du

flou.

Actuellement, nous avons choisi une solution de moyen terme entre la vi-

tesse de défilement et l'épaisseur de la fente. Solution qui donne de bons résultats

pour des charges irradiées, et refroidies pendant trois ou quatre jours. Bien que

satisfaisants actuellement, les résultats obtenus par radiographie pourront être

améliorés, après mise en alignement des axes du cône d'émission et de la fente d'ob-

servation.

Pour obtenir de meilleurs résultats, nous souhaiterions avoir un ensemble à

énergie d'émission plus élevée afin de pouvoir bénéficier d'une séparation efficace

des rayonnements X et y

De plus, nous avons rencontré des problèmes classiques tels que l'étanchéi-

té des poches gonflables, la retransmission précise sur berge des positionnements et

l'attaque par l'eau déminéralisée des matériaux oxydables.

VI.7. Temps nécessaires aux principales opérations

A titre indicatif nous donnons quelques temps unitaires nécessités pour les

principales opérations :

- transport de la piscine au bassin de stockage

- transport du bassin de stockage à l'atelier chaud

- transport de l'atelier chaud à la cellule

- déchargement en cellule chaude

- décorticage d'une charge

- examen radiologique y compris les transports de la

piscine vers le stockage et réciproquement

3i5 heures

3 heures

2 heures

0,5 jour

1 semaine

3,5 jours

Ces temps sont nominaux, et ne tiennent pas compte des incidents pouvant

intervenir.

Ils sont établis pour des transports et déchargements de boucles connues

ainsi que pour des décorticages de charges dont les maquettes ont été essayées.

- 67 -

C H A P I T R E V I I

ASPECT NEUTRONIQUE

VII. 1 Le coeur de Pégase (Rappel) *

Le réacteur PEGASE se compose d 'un coeur de faible volume autour duquel

se placent ffles dispositifs d'irradiation.

Le coeur, de section carrée (kko mm de côté), a une hauteur relativement

importante de 3 pieds (91^,^ mm de haut) pour bénéficier d 'un gradient de flux axial

assez faible. Néanmoins, celui-ci est quelque peu perturbé par le mouvement des bar-

res de contrôle placées au centre du coeur. L'ensemble est structuré par une grille

de 25 alvéoles disposés en 5 x 5« Chacun de ceux-ci reçoit un élément combustible

standard ou un élément de contrôle. Le schéma ci-contre montre la disposition adop-

tée avec les barres de contrôle en

croix, entourant l'élément central.B D E

12

3

h

5

BS

BP

BP

BS

VII.1.1 - Barres de contrôles

Elles sont de deux sortes : les barres de sécurité, placées en Est et

Ouest (B3 et D3), ont une partie supérieure absorbante (Agln-Cd), accouplée à une

partie combustible (18 plaques à 15,6 g d'uranium 235) par un chariot intermédiaire.

Les barres de pilotage sont "monobloc", mais de même gabarit que les précédentes.

La partie inférieure du combustible est identique à celle des barres de sécurité, et

prolongée au-dessus par un cadre en Al qui reçoit l'absorbant, en l 'occurence du /

Cobalt EOUS forme de plaquettes utilisables après irradiation.

Les éléments combustibles du coeur de la pile Pégase • Description, améliorations successives, possibilités présentes •

Rapport CEA-3213 •

- 68 -

VII.1.2 - Eléments combustibles

Ils sont également de deux sortes, et ont donné lieu depuis la mise en

route de la pile à de nombreuses études suivies d'amélioration notables.

Les plus nombreux, appelés "standard A", comportent 2k plaques fissiles

serties entre deux plaques de rive en Al Bore (teneur moyenne : 190 ppm).

Les autres, "standards B", ont leurs plaques extrêmes en Aluminium bore et

ne comprennent de ce fait que 22 plaques fissiles. Les plaques de rive sont identi-

ques aux précédentes.

Les plaques fissiles sont constituées par un alliage U-A1, à 22 % d'U

(bientôt 26 %} enrichi à 93 %, laminé, et placé entre deux plaques d'Aï. La charge

par plaque est actuellement de 20 g d'U-235> ce qui conduit à un poids total d'envi-

ron 11 0̂ 0 g d'U-235 pour le chargement actuel. En début de cycle, les barres de pi-

lotage sont : l'une en bas, l'autre légèrement levée, aux alentours de la cote 300;

la course de chaque barre varie de 0 à 1 000 mm. Grâce au poison consommable, les

barres n'ont pratiquement aucun mouvement (après saturation Xe-Sm) pendant près de

1 200 MW j . Ensuite, l'évolution est très lente, et l'on atteint des puissances inté-

grées de 2 700 MWj, bientôt davantage, soit un taux de combustion moyen dans le coeur

de 30 %, l'élément le plus brûlé l'étant à ko %, avec localement des taux pouvant

atteindre 50 %.

On remarque qu'il existe une symétrie par rapport au plan Nord-Sud passant

par les barres de pilotage. Les barres de sécurité ne bougeant pas, le flux sera

élevé et stable sur les faces Est et Ouest, alors que des perturbations pourront se

produire sur les autres; elles dépendront de la cote des barres de pilotage, et se-

ront plus ou moins ressenties par les dispositifs en regard de ces faces, suivant

qu'ils seront plus ou moins loin du coeur.

Les boucles EL nécessitant un flux plus élevé et par conséquent une faible

distance du coeur, sont positionnées en Est et Ouest; les boucles EdF se trouvent en

Nord et Sud à une certaine distance du coeur. Les paragraphes suivants montreront

les procédés mis en oeuvre dans chaque cas pour obtenir une irradiation correcte

dans le réflecteur dont le flux non perturbé par la présence de boucle est donné par

le graphique n°1.

VII.2. Conditions générales d'irradiation des boucles

•H.

II est indéniable qu'il existe une relation de cause à effet entre la

constitution du coeur de PEGASE, tant du point de vue géométrique que neutronique,

et les allures des courbes de flux obtenues dans les différentes boucles d'irradia-

tion.

On recherche impérativement les conditions suivantes :

a) Répartition axiale aussi plate que possible,

- 69 -

b) Répartition radiale isotrope, ou faiblement anisotrope,

c) Puissance spécifique moyenne désirée, atteinte dans l'élément central

du chargement.

Ces trois conditions sont évidemment étroitement liées et les possibilités

d'amélioration dépendent de la nature du chargement et du diamètre de la boucle.

Il est clair que la source neutronique étant située d'un côté de la bou-

cle, la partie avant de celle-ci sera plus irradiée que la partie arrière, et créera

de ce fait, une forte anisotropie.

On a alors le choix entre deux techniques principales :

- l'une consistant à diminuer le flux direct, sans trop affecter le flux

réfléchi,

- l'autre à augmenter ce dernier, sans perturber le premier.

On pourrait également conjuguer ces deux effets par un ajustement judi-

cieux. Il faut noter que la première méthode, à l'inverse de la seconde, conduit à

une baisse de puissance dissipée dans la charge.

VII.3. Conditions d'irradiation des boucles EdF

Les différents chargements type EdF irradiés à PEGASE n'exigeaient pas des

puissances spécifiques moyennes supérieures à 10 W/g. En outre, ces éléments en U-Mo

métalliques de forme tubulaire, étaient de diamètre extérieur très inférieur à celui

de la boucle (0 135 x 158).

EdF 1 0 1*f x 35 *,<>*

EdF 2 0 18 x ̂ 0

EdF 3 0 23 x ̂ 3

Bugey expérimental 05^ x 70.

VII.3.1 - Anisotropie - Puissance spécifique

Les conditions initiales (EdF 1 et EdF 2) donnaient une anisotropie de

et une puissance .spécifique de 12 W/g. On a d'abord étudié la possibilité d'utiliser

un réflecteur arrière en Béryllium. On a pu ramener ainsi 1'anisotropie à 8,̂ % et

augmenter la valeur du flux de 11 %. Cette solution, pour satisfaisante qu'elle soit,

s'avérait être un luxe quelque peu onéreux. On a donc essayé plusieurs types d'é-

crans pour aboutir à une définition en cadmium, galbé et asymétrique. L1anisotropie

était ramenée à une valeur encore inférieure à la précédente (7,8 90, tout en gar-

dant un niveau de puissance acceptable de 9 W/g, et un coefficient d'aplatissementde 1,05.

Figure 23 - Mesure axiale du flux dans un barreau EdF Figure 24 - Mesure de flux sur élément 5 4 x 7 0

Figure 25 - Mesure transverse de flux sur élément 54 x 70 Figure 26 - Grappe EL 4 facteur de décroissance

- 71 -

Remarques :

- L'anisotropie est définie par9 _ 9 . .Tmax Tmini

- le coefficient d'applatissement est

Les autres chargements, EdF 3, EdF k,

jet de nombreux essais.

'max

x 70), ont fait également l'ob-

L' anisotropie augmente rapidement avec le diamètre du barreau, mais il

faut noter que 1 ' anisotropie de température pour un barreau tubulaire est d'environ

la moitié de celle de puissance, et donc rarement prohibitive.

La puissance spécifique moyenne atteinte dans un tel chargement reste su-

périeure à 10 W/g. Les répartitions fines ont été également mesurées sur deux dia-

mètres perpendiculaires, afin d'évaluer le creusement à l'intérieur du combustible

(de l'ordre de 0,8*0.

VII.5.2 - Répartition de puissance entre les charges

Un chargement est généralement composé de 3 éléments, pour répondre à des

conditions aérothermiques proches de celles obtenues dans le réacteur de puissance.

L'élément central, objet de l'essai, est placé entre deux "demi-éléments" de lon-

gueur plus courte. La répartition de puissance entre ces trois éléments dépend évi-

demment de la cote de la barre de contrôle la plus proche de la boucle et l'on a, en

moyenne :

Pm = 18 % élément amont (inférieur)

Pc = 71 % élément central

Pv = 11 % élément aval (supérieur)

pour des éléments de même nature.

VII.4. Irradiation des boucles " INCA"

On a étudié la possibilité d'irradier un combustible annulaire (77 x 95)

dans une boucle de gros diamètre, et également l'éventualité d'une expérience simul-

tanée dans une boucle ordinaire placée sur la même face. Cette dernière possibilité

a été confirmée, et les puissances spécifiques moyennes et les anisotropies sont

respectivement :

- 10,5 W/g et 16 % pour INCA, et

8 W/g et 11 % pour EdF 3, avec un réacteur fonctionnant à 35 MW.

Il convient de préciser que la boucle gros diamètre (0 229) est munie d1 un

- 72 -

réflecteur de Béryllium à l'arrière et de structure en Aluminium à l'avant néces-

saires à l'amélioration de 1'anisotropie (27 $)•

VII.5. Irradiation des boucles EL

Le combustible EL 4 a également subi une certaine évolution concernant

aussi bien la nature des gaines que l'enrichissement du combustible. Les premières

charges en U0_ gainées "inox lisse" ont été remplacées d'abord par des grappes gai-

nées "béryllium" à 19 ou 12 crayons, puis par des éléments à 12 crayons gainés

"zirconium-cuivre", lisse ou corrugué. L'enrichissement du combustible a été rendu

nécessaire pour obtenir la puissance spécifique désirée dans l'élément central du

chargement. En effet, les premières mesures faites à PEBfiY avec le réflecteur de Be,

type PEGASE, ont fait apparaître un manque de puissance dans une charge constituée

d'UO., naturel (pour une puissance pile de 30 MW).

- 10 % d1anisotropie,

-180 W/cnK seulement en moyenne dans la grappe centrale.

En augmentant l'enrichissement de la grappe centrale jusqu'à 1,7 %, on

îs puissances spécifiques maximales de '.

prix d'une augmentation de 1'anisotropie (26 %}.

obtient des puissances spécifiques maximales de l'ordre de 380 W/cm^ (U0_ 0 11), au

Nous mentionnerons pour mémoire des essais d'écrans absorbants (aluminium

bore) placés à l'avant du tube de force pour améliorer la distribution de puissance

crayon par crayon : ils n'ont reçu aucune conclusion pratique, la baisse de puis-

sance étant prohibitive, en égard au gain obtenu sur 1'anisotropie.

Pour éviter une trop forte dissipation dans le demi-élément amont, situé

en face d'un pic de flux, l'enrichissement des divers éléments a été ajusté : c'est

ainsi que la demi-grappe amont (inférieure) contient de 1'UCL naturel, la grappe

centrale et la demi-grappe aval (supérieure) de l'UCL enrichi.

Dans ces conditions, la puissance dégagée dans l'élément central est d'en-

viron 75 % de la puissance totale.

VII.6. Utilisation de la maquette PEGGY

II est évident que les manipulations effectuées à PEGGY sur les charges

d'éléments combustibles mis en boucle à PEGASE ne sont pas suffisantes pour définir

* Rapport d'expérimentation DPE/SPP n° 55 • charges type 20

- 73 -

complètement les régimes d'irradiation; cependant, elles apportent des renseigne-

ments extrêmement précieux, en particulier sur la distribution de puissance dans les

divers éléments, très difficile à obtenir par le calcul. Et l'on peut, sur la ma-

quette, définir des structures externes, telles que réflecteurs ou écrans, et chif-

frer leur efficacité.

Il est généralement possible, dans certains cas, avec une bonne précision,

d'évaluer la puissance que l'on pourra obtenir avec une charge donnée dans une bou-

cle. D'où la possibilité d'avoir un recoupement intéressant avec les résultats obte-

nus en pile et hors pile.

VII.7. Dosimétrie

Les caractéristiques neutroniques de l'irradiation sont donc déterminées à

PEGGY, et optimisées, si besoin est, avant d'être transposées à PEGASE. Ces essais

sont, la plupart du temps, antérieurs à la mise en irradiation dans une boucle à

PEGASE.

Plusieurs méthodes de mesure ont été utilisées et recoupées entre elles.

Prenons comme exemple les essais effectués sur une charge EL *f, type Béryllium :

- cartographie de puissance,

- cartographie de flux thermique,

- estimation des fissions épithermiques,

- répartition du flux rapide.

VII.7.1 - Puissance

a) Le chargement est rempli avec des billettes d'UO_ vierge, identiques

entre elles (grappe centrale + grappes d'extrémité).

b) L'ensemble est irradié à très faible puissance.

c) Les grappes sont déchargées, soigneusement, pastille par pastille.

d) On mesure l'activité y de chaque billette dans un scintillateur puis

Nal (T1), au-dessus d'un seuil de 411 keV. Une des billettes, prise comme référence

de décroissance est mesurée tous les trois comptages.

Des billettes non irradiées sont mesurées pour effectuer une correction de

bruit de fond (mouvement propre, activité naturelle).

On obtient par cet ensemble de mesures relatives :

- la distribution de puissance dans les grappes,

- 1'anisotropie de puissance,

- la localisation et la valeur du point de puissance maximum par rapport

à la puissance spécifique moyenne,

- les rapports de puissance globale dans les 3 grappes.

VII.?.2 - Flux thermique

Les billettes d'UO- ne peuvent servir à nouveau qu'après un temps de dés-

activation de plusieurs jours. On complète donc les informations recueillies avec

des mesures de flux thermique.

On utilise des détecteurs à activation, en alliage Al-Dy (Aluminium-

Dysprosium). La teneur en dysprosium est calculée pour que le £ a du détecteur soit

le même que celui du combustible utilisé, afin d'éviter les perturbations.

On intercale ces détecteurs, dont la taille peut varier de 0 = 13 à 0 = 2

suivant le type de mesure, entre les billettes d'oxyde d'Uranium.

On place, en outre, un détecteur au point de référence boucle et 3 autres

au centre du réacteur.

Les grandeurs mesurées sont :

- anisotropie de flux thermique,

- niveau de flux par rapport au point de référence et par rapport au

centre du coeur, •' *

- distribution axiale du flux thermique le long du chargement.

On note d'ailleurs une anisotropie de flux légèrement supérieure à celle

de puissance, le flux donnant naissance aux fissions épithermiques étant moins dé-

primé que le flux thermique.

VII.7-3 - Estimation des fissions épithermiques

On a déjà un ordre de grandeur d'après l'écart entre les deux valeurs

d"anisotropie, trouvées précédemment.

Une évaluation plus précise est faite en utilisant une chambre à fission

miniature (0 k mm, h = 23 mm) en Zirconium avec un dépôt d'Uranium de 50 ng environ,

de même enrichissement que le combustible. Le rapport des taux de comptage "chambre

nue", et "sous cadmium", permet la détermination du facteur de fissions épithermi-

ques.

VII.7 A - Répartition du flux rapide

On fait en une seule irradiation les mesures suivantes :

- Répartition du flux rapide (détecteurs de soufre sous forme de galettes

frittées). Les mesures sont faites en de nombreux points à l'intérieur

- 75 -

des crayons, au niveau des bouchons, sur le tube de force, etc...

- Mesure absolue du flux rapide en plusieurs points.

(Soufre en poudre compté en k TT |3)

- Mesure absolue du flux thermique au point de référence.

On a ainsi, outre la distribution du flux rapide sur les structures et

dans la charge, sa valeur par rapport ,511 flux thermique en t->us points.

Toutes les mesures faites donnent évidemment des valeurs de flux instan-

tané.

VII.7.5 - Mesures à PEGASE

a) Mesures instantanées

Les différents paramètres de fonctionnement ayant été définis, la bou-

cle munie de son chargement est mise en irradiation à PEGASE.

On effectue périodiquement le relevé des indications thermocouples,

ainsi qu'un bilan thermodynamique. Cette dernière valeur pourrait suffire, puisque

l'on dispose des mesures internes de répartition. Cependant, on préfère souvent re-

caler cette valeur par une mesure absolue du flux thermique au point de référence,

avec une irradiation de détecteur de Cobalt. On peut donc comparer la puissance

dégagée dans la boucle, mesurée et calculée par le bilan thermodynamique, à la puis-

sance obtenue à partir de la valeur du flux au point de référence et de la distri-

bution interne. Les valeurs trouvées diffèrent généralement de moins de 5 %•

b) Mesures continues

On place, également, sur la boucle, plusieurs dispositifs détecteurs de

neutrons; ceux-ci, dont l'appellation n'est pas encore normalisée, (collectror, neu-

trocoax, convertisseurs neutrons-électrons, self powered neutron détection, etc...)

ont été décrits dans de nombreuses publications. Nous utilisons des sondes Vanadium,

de 50 mm de longueur sensible et 0,5 ou 1 mm de diamètre.

-7Les courants mesurés sont de l'ordre de 10 A et on obtient une assez

bonne linéarité entre le courant de la sonde et le bilan thermodynamique mesuré.

Ce dispositif permet de suivre l'évolution de la puissance dégagée dans la

boucle avec une constante de temps (quelques minutes) plus faible que celle du bilan,

et de positionner approximativement la boucle, assez facilement, lorsqu'il s'agit de

faire varier sa puissance par déplacement.

c) Mesures de fluences

La comparaison de l'irradiation totale des charges entre elles est

- 76 -

aussi très utile et nous conduit à faire des mesures de fluences.

On introduit les détecteurs gainés, au niveau des bouchons, à l'intérieur

des crayons, avant fermeture de ceux-ci.

On utilise des détecteurs de Cobalt, pour la mesure des fluences en neu-

trons thermiques, et estimation du taux de combustion global des crayons, et des

détecteurs de cuivre, réaction Cu (n,a) Co pour l'évaluation des dommages.

- 77 -

C H A P I T R E V I I I

ETUDES - MONTAGE - ESSAIS CONSTRUCTEURS

VIII.1. Etudes

\!

VIII.1.0 - Généralités

Au stade de la conception des boucles PBGASE, deux catégories d'études

ont été menées :

a) Etudes partielles déterminant les caractéristiques structurales des

matériaux, ainsi que la définition qualitative des sous-ensembles des

boucles.

b) Etudes d'ensemble sur maquette ou prototypes permettant de vérifier

les caractéristiques de fonctionnement.

Ces études ont été réalisées conjointement par le C.E.A. et les construc-

teurs.

VIII.1.1 - Etudes partielles

a) Corrosion en eau déminéralisée

Divers essais ont été réalisés par le Département de Métallurgie en

relation avec l'industrie.

Les principaux essais ont permis de :

- Tester différents types d'aciers inoxydables.

- Vérifier la tenue des soudures en AG 3-

- Etudier l'influence du perbunan sur la corrosion de l'acier inox.

- Etudier l'influence du COp dissous dans l'eau sur la corrosion de

l'AG 3 pour une température "métal" de **5°C.

b) Comportement sous rayonnement de certains matériaux•r

Des essais de joints en Perbunan ont été réalisés dans la pile Triton,

dans un montage spécial qui faisait travailler ces joints dans du C0_ à kO bars.

Ils portaient sur diverses nuances :

PD 651, DF 141, FDM 7.520, S 6510 A. Les joints adoptés sont ceux en

FDM 7520 qui ont résisté à une dose intégrée de 10 rads.

L'irradiation des structures constituait aussi un centre d'intérêt im-

portant.

Des calculs d1activation, ainsi que des expériences réalisées à TRITON

sur la propagation des neutrons dans une boucle, ont permis de se faire une opinion

sur l'accessibilité de certains éléments d'une boucle après irradiation (brides de

jonction des sous-ensembles, bouchons, filtre, soufflante ...).

c) Calorifugeage

L'efficacité de plusieurs types de calorifugeage a été comparée dans

un appareillage d'essai constitué par un tube à l'intérieur duquel était introduit

un élément chauffant.

Différents types de calorifuges ont été testés :

- lame de C0_

- inox gauffré

- bande de silice

- laine de silice

- tissus de verre

- bande de silice doublée d'acier inox.

Les divers essais ont permis de choisir un calorifugeage constitué de:

- tissu de silice maintenu autour des doublantes par un feuillard inox,

dans la portion de circuit au droit du panier,

- tissu de verre avec feuillard inox dans le reste du circuit.

L'efficacité du calorifugeage est directement liée à l'étanchéité du

volume compris entre la doublante et le tube de force. Les essais réalisés ont orien-

té le choix vers une tresse d'amiante graphitée placée dans des gorges, à chaque

embout des doublantes.

d) Aérodynamisme du circuit

La boucle doit satisfaire à certaines conditions aérodynamiques :

- homogénéité de l'écoulement,

- pertes de charge minimales.

Des essais définissant les caractéristiques technologiques satisfai-

sant aux conditions pré-citées ont été nécessaires pour la mise au point de :

- 79 -

coudes à ailettes (EdF-EL)

coudes à convergent-divergent

grilles d'homogénéisation.

nant :

e) Sous-ensembles

Mesure de débit

L'étude de la mesure de débit dans les boucles a été réalisée en pre-

- une tuyère pour EdF et EL

- un venturi pour INCA.

L'emplacement de la tuyère ou du venturi n'étant pas conforme aux con-

ditions préconisées par les normes AFNOR, les études ont montré qu'il fallait procé-

der pour chaque boucle à un étalonnage de ces appareils de mesure par rapport à une

tuyère étalon, et même dans certains cas au déplacement de la tuyère.

Vanne

Différentes formes de boisseaux (EdF et INCA) et d'obturateurs à glis-

sière (EL) ont été étudiées, le résultat recherché étant d'obtenir un rapport

',;.., . .".—, proportionnel à l'angle d'ouverture de la vanne,débit total ' * * °

Bouchons

Les bouchons ont été étudiés de façon à :

- entrer dans leur logement boucle avec un effort vertical de poussée

minimal (tolérances rigoureuses),

- effectuer un verrouillage avec un faible couple (portées chromées),

- posséder une parfaite étanchéité (choix des dimensions des joints et

des gorges).

Soufflante

Les principales études mécaniques et thermodynamiques ont été faites

par les constructeurs pour déterminer les caractéristiques générales de la souf-

flante.

Ces études ont porté sur :

- les paliers : choix du type, choix des graisses, refroidissement,

endurance,

- la roue : étude dimensionnelle en fonction des caractéristiques

exigées,

- le moteur : puissance, encombrement, tenue des isolants en C0_ chaud.

- 80 -- 8l -

Des essais d'endurance en usine ont été réalisés sur les machines

"têtes de série".

Châssis

Des études de déformations et de contraintes des structures ont été

rr-alisées par le Bureau "Veritas".

VIII.1.2 - Etudes d'ensemble

A partir des sous-ensembles définis précédemment, il a été construit des

prototypes de boucles, pour permettre la réalisation d'essais en vraie grandeur de

ces matériels :

1) Vérification du comportement de la boucle dans des conditions aussi

voisines que possible du fonctionnement réel.

2) Définitions plus précises de certaines caractéristiques recherchées.

Deux sortes de prototypes ont été réalisés :

- un prototype EdF,

- un prototype EL.

Pour les boucles nouvelles (INCA, boucle à trompe), l'absence de série a

provoqué l'abandon du concept de prototype. Il a donc fallu étudier ces nouveaux

types de boucles en ne tenant compte que de l'expérience acquise au cours des années

d'études et de montage (et même d'exploitation) des boucles EdF et EL.

VIII.2. Montage sur le site

Le montage des boucles a lieu sur le site PEGASE. Le constructeur dispose

d'une plate-forme de montage située dans un hall réservé à cet usage.

Tous les moyens appropriés sont mis à sa disposition : pont roulant,

échaffaudages, établis, air comprimé, énergie électrique, etc...

Après avoir pris connaissance des règles de sécurité en usage sur le site,

le constructeur procède au montage de la boucle.

Les principales opérations sont :

- mise à niveau de la plate-forme,

- mise en place des éléments principaux,

- soudures des brides Sarlun,

- réglages et contrôles de l'ensemble monté (par visée optique),

- mise en place des circuits auxiliaires électriques et pneumatiques.

Figure 27 - Boucle prototype EdF dans le bassin d'essais hors pile

- 82 -

La durée moyenne de montage d'une boucle est de l'ordre de six semaines.

VIII.3. Essais constructeur

VIII.3.0 - Généralités

Pour les essais de réception, le constructeur dispose d'un hall d'essais

adjacent au hall de montage.

Ce hall d'essais comprend une piscine pouvant recevoir deux boucles im-

mergées, une installation électrique complète (puissance et contrôle) et une instal-

lation permettant l'alimentation en CCL et en azote.

Cet ensemble d'essais hors pile est identique par ses fonctions à un

poste d'essai du réacteur PEGASE.

VIII.3-1 - Ess_ais d'étanchéité

a) Test ammoniac des sous-ensembles

Avant montage, les principaux sous-ensembles subissent un test NH-

sous pression de 1,5 bar durant 2k heures.

b) Epreuve des sous-ensembles à 1,5 Pn

Ce sont des épreuves hydrauliques et pneumatiques sous contrôle du

service des mines.

c) Essai à P = 5 bars

La boucle étant montée, les brides non soudées, on procède à un essai

à P = 5 bars pour vérifier le parfait assemblage des sous-ensembles. Durée de l'es-

sai, 2 heures. Vérification de l'étanchéité par bulles de savon.

d) Essai des circuits auxiliaires à P = 1,5 bar

La boucle est immergée en piscine. On vérifie l'étanchéité par l'ab-

sence de bulles. Durée de l'essai : 6 heures.

Figure 28 - Hall de montage des boucles

Figure 29 - Hall d'essais des boucles (hors pile)

Figure 30 - Salle de contrôle "boucles"

- 85 -

e) Essai à 1,1 Pn, à l'azote

La boucle est immergée en piscine. On vérifie comme précédemment

l'étanchéité du circuit par l'absence de bulles. Durée de l'essai : 6 heures.

f) Essai à Pn, à l'azote

La boucle est immergée en piscine. On vérifie l'étanchéité par compa-

raison avec un ballon étalon au moyen d'un manomètre différentiel.

Durant cet essai, les circuits auxiliaires sont reliés à un manomètre,

pour vérifications des traversées étanches. Durée de l'essai : 2̂ heures. Cet essai

est effectué après les essais thermiques.

VIII.3-2 - Vérifications. Réglages

Avant les essais, diverses vérifications sont effectuées :

a) Mo to-souffiante

- mesure des continuités et isolements des circuits puissance et

contrôle t

- vérification du sens de rotation,

- repérage des bornes et prises.

b) Vanne

- mesure des continuités et isolements des circuits,

- réglage des fins de course,

- réglage du limiteur de couple (avant montage),

- contrôle du temps de manoeuvre.

c) Appareillage électrique

- étalonnage des capteurs sur banc étalon,

- mesure des continuités et isolements de tous les circuits,

- vérification des thermocouples.

VIII.3.3 - Etalonnage de la mesure de débit

L'étalonnage de la tuyère ou du venturi installé sur la boucle se fait

par l'intermédiaire d 'une tuyère étalon introduite dans le canal du tube de force,

- 86 -

Les essais sont effectués :

- avec différentes masses spécifiques,

- à différentes vitesses de rotation de la soufflante,

- à différentes ouvertures de vannes.

On détermine le facteur K de la formule :

Q = K

VIII.3.^ - Essais thermiques

boucle :

Ils ont pour but de vérifier les caractéristiques thermiques de la

- fuites thermiques,

- efficacité de l'échangeur,

- fonctionnement correct de tout l'appareillage.

Ces essais sont réalisés en piscine, dans le hall d'essais. L'énergie

calorifique est fournie par un élément chauffant introduit dans le canal avant.

Ces essais permettent de tracer les caractéristiques :

W = f (0T - 6p)

Qn, = température gaz à la tuyère,

9 = température piscine,

W = puissance absorbée par élément chauffant à différents débits et

différentes ouvertures de vanne.

- 87 -

C H A P I T R E I X

MISE EN OEUVRE DES BOUCLES EN PILE

IX.1 Essais et vérifications avant mise en irradiation

Après son transport en pile et avant sa mise en irradiation proprement dite,

chaque boucle subit une série complète d'essais destinés à s'assurer de la correc-

tion des mesures et du bon fonctionnement de l'ensemble.

Ces essais débutent, la boucle étant encore en position haute, suspendue au

portique de manutention, par l'étalonnage des capteurs de AP de la tuyère à l'aide

de manomètres en U. Parallèlement à cet étalonnage, on procède au réglage des butées

mécaniques du chariot boucle, en fonction de la cote maximale admissible sur celle-

ci au poste considéré. La boucle est ensuite posée au fond de la piscine sur son

chariot et on effectue un étalonnage du capteur de pression totale par comparaison

avec l'indication d'un manomètre étalon.

Les autres lignes de mesures, constituées par les mesures de températures

panier et soufflante sont contrôlées en isolement et continuité. Puis on effectue,

en salle de contrôle, la répartition des voies sur les divers enregistreurs ou sur

le tiroir "sécurité-température". La boucle est alors prête à subir un essai de

fonctionnement d'ensemble en position arrière, à sa pression nominale, essai dont la

durée varie de 8 à 12 heures. Au cours de cet essai, on vérifie la bonne marche de

la soufflante, le passage automatique sur transformateur en cas de défaillance du

groupe variateur de fréquence, ainsi que l'état de la chaîne de mesure de la vitesse

de rotation. Sont soumis également à cet essai : la tenue du réchauffeur (lorsqu'il

existe), la réponse des transmetteurs de position de la vanne motorisée sur "fonc-

tionnement normal", et "secours", la marche du système de détection de rupture de

gaine, ainsi que le bon fonctionnement des sécurités liées à la boucle.

On peut ainsi, avant la mise en irradiation de la charge, se rendre compte

des anomalies éventuelles de la boucle ou de son contrôle.

- 88 -

IX.2. Mise en irradiation

Lorsque l'ensemble de ces essais préliminaires est satisfaisant, la charge

est mise en irradiation suivant un processus variable avec le type d'essais.

Après réglage et mise en service des sécurités, la boucle est avancée con-

tre le réacteur en commande électrique, à 5 mm/s jusqu'à une distance de 100 à 200mm

du caisson coeur; l'avance se poursuit en commande manuelle à une vitesse comprise

entre 1 mm/s et 1 mm/30 s suivant le gradient de puissance et de température désiré,

jusqu'à l'obtention du flux nécessaire à l'essai. Pendant toute la montée en puis-

sance, la boucle est surveillée depuis la salle de contrôle, par un agent de condui-

te "boucle" qui ajuste progressivement les paramètres de l'irradiation (débit et

température du gaz) ainsi que par le conducteur de pile qui commande la manoeuvre

et surveille la réaction de la boucle sur le pilotage du réacteur; depuis le hall

pile, par un second agent de conduite "boucle" qui surveille le fonctionnement de

l'avance électrique, puis actionne la commande d'avance manuelle.

IX.3. Surveil lance en cours d'irradiation

Toutes les mesures intéressant les boucles sont ramenées en salle de con-

trôle, et comportent des préalertes sonores et lumineuses qui signalent aux conduc-

teurs toute anomalie ou tout dépassement de seuil. Trois sécurités peuvent provo-

quer, en cas de dépassement de seuil, la chute des barres du réacteur; ces sécurités

interviennent en cas de pannes importantes, telles que disjonction d'un groupe d'ali-

mentation de soufflante, ou fuite importante de C0_ provoquant une baisse de pres-

sion rapide dans la boucle. Ces sécurités sont destinées à éviter une élévation de

température trop importante dans la charge.

En dehors de cette visualisation des défauts, le contrôle de l'irradiation

est assuré par des enregistrements continus : pression et débit de C0? dans la bou-

cle, température de gaz et températures d'éléments combustibles.

Par ailleurs, des appareils mobiles permettent l'enregistrement lent ou

rapide de tout autre paramètre.

La surveillance des boucles et des diverses manoeuvres est assurée par 3

agents en service continu; ceux-ci ont en outre la charge de l'exécution du program-

me d'irradiation prévu pour chacune des charges.

- 89 -

IX.4. Principaux types d 'essaisr

La particularité d'autonomie des boucles entre elles et vis à vis du réac-

teur, fait que les expériences les plus diverses peuvent être menées sur les élé-

ments combustibles; plus particulièrement, il est possible de séparer les divers

paramètres qui influent sur la vie de l'élément, et de conduire simultanément des

essais de types totalement différents.

Comme nous l'avons vu dans les chapitres précédents, divers types de bou-

cles sont disponibles et sont adaptés chacun à un type d'élément combustible parti-

culier.

IX.4.1 - Essais concernant les boucles

Avant de décrire les essais propres aux éléments combustibles de chaque

filière, il convient de mentionner les essais des boucles en pile avec éléments com-

bustibles (essais dits de démarrage), destinés plus particulièrement à l'étude de la

sûreté et du comportement en pile de chaque type de boucle.

Historiquement, les premières boucles mises en irradiation ont été des bou-

cles EdF avec charges EdF1 puis EdF2 : les essais ont débuté par la mesure des puis-

sances évacuables : charge en convection naturelle à 15 bars correspondant à la pres-

sion de stockage; puis à la pression nominale et à des températures de gaine de 400°.

Ces essais avaient pour but de vérifier que la boucle était capable d'évacuer la

puissance résiduelle de la charge, en convection naturelle, soit immédiatement après

un arrêt, soit en bassin de stockage. Les essais suivants ont été la montée en puis-

sance progressive des éléments combustibles jusqu'aux valeurs nominales de puissance,

températures et débits. L'étude des boucles s'est prousuivie par l'étude des régimes

transitoires et de la réponse des sécurités au cours des divers accidents possibles.

Le premier accident important est l'arrêt du refroidissement de la charge

par arrêt de la soufflante ou obstruction du circuit de la boucle. La simulation

s'effectue en arrêtant la soufflante, la chute des barres du réacteur étant provo-

quée par la sécurité "vitesse soufflante mini" ou par la sécurité "température de

gaine maxi". On enregistre au cours de l'essai l'évolution des divers paramètres, et

on vérifie que les valeurs de réglage choisies pour les sécurités sont telles que la

remontée de température de la charge, avant la chute de barres et au cours du pas-

sage en convection naturelle, n'est pas prohibitive. On observe actuellement des re-

montées de 10 à 20° sur les éléments EdF, et de 30 à 50° sur les éléments EL.

D'autres types d'accidents ont été ainsi simulés :

- fuite de C02 sur la boucle, par un dégonflage,

- accident sur le réacteur, par montée en puissance rapide du réacteur à

partir du niveau de puissance nulle ou du niveau Pn/2.

Après les essais de sûreté intéressant la boucle, les études ont porté :

- sur les interactions boucle-réacteur au cours des mouvements d'approche

ou de retrait,

- sur l'influence de la position des barres de contrôle et des boucles sur

le pilotage du réacteur, donc de la puissance neutronique,

- sur différentes mesures de flux destinées à vérifier les courbes tracées

grâce à la maquette critique PEGGY.

IX.'+.2 - Essais concernant les éléments combustibles

Les premiers éléments à venir en irradiation ont été les éléments de la

filière graphite-gaz type EdF 2 et EdF 3, ils ont été suivis des essais sur éléments

EL k puis sur éléments annulaires type Bugey.

L'ensemble de ces essais fait partie d'un programme fixé par le Département

de Métallurgie, programme que nous n'aborderons pas ici et qui tient compte des es-

sais hors pile et des essais effectués dans d'autres réacteurs.

Il faut cependant noter que la pile PEGASE ne peut irradier simultanément

que 8 boucles et qu'il convient de choisir avec soin le type d'essais que l'on y

fera. Nous nous contenterons donc d'évoquer les possibilités d'essais illustrés par

les irradiations déjà faites.

Vus par l'exploitant, les divers essais effectués peuvent se regrouper sui-

vant les conditions d'irradiation et les méthodes de conduite.

On peut tout d'abord distinguer trois catégories d'essais suivant leur

durée.

a) Les essais de courte durée

Une à trois semaines. Permettent de vérifier ou d'obtenir sous irradia-

tion des données relatives à l'élément combustible ou à son gainage telles que :

établissement de cartes de températures dans diverses conditions, essais de sûreté,

etc.

b) Les essais de moyenne durée

2 à 3.000 heures. Sont relatifs à la tenue de certains composants de la

charge tels que : fluage du combustible, comportement de divers types de gaine, etc.

Les effets sont accélérés par des conditions de fonctionnement plus sévères : tempé-

ratures élevées, nombreux cyclages, ...

c) Les essais de longue durée

Correspondant à la durée de vie escomptée pour l'élément combustible,

- 91 -

d'où vérification de la tenue de l'élément et de ses structures éventuelles.

Nous pouvons maintenant envisager les diverses possibilités des boucles

grâce à 9̂ essais terminés ou en cours d'irradiation dans PEGASE au 15/2/68.

IX.5. Etude de la répartition de température

Les charges sont actuellement équipées de 18 thermocouples dont k & 6 me-

surent des températures de gaz, 12 à 1^ sont implantés : soit sur la gaine, soit

dans les bouchons ou pastilles, soit même au coeur des éléments combustibles. Il est

ainsi possible de connaître la répartition de températures sur un élément combusti-

ble pour différentes valeurs de la puissance dégagée ou du débit du fluide de re-

froidissement.

Par des mesures de températures à coeur de l'élément combustible, on peut

connaître la chute au contact Uranium-gaine avec ou sans barrière entre les deux,

et l'on peut juger ensuite, au cours d'une irradiation plus longue, de l'efficacité

et de la tenue dans le temps de cette barrière.

Les enregistrements rapides de ces températures donnent des précisions sur

leur évolution au cours de changements de régime lents ou brusques (montée en puis-

sance, chute de barres).

En ce qui concerne les éléments du type EL 4, des essais dits d'étalonnage

ont consisté en une comparaison des indications de couples dont l'implantation sur

la gaine était différente.

IX.6. Etude de la tenue des éléments combustibles

II s'agit généralement d'irradiations de moyenne durée dans le cas des élé-

ments EdF, et de longue durée dans le cas des éléments EL.

Pour les éléments en Uranium métal de la filière gaz-graphite, il s'agit :

- de l'étude de la tenue au fluage du tube combustible sous l'effet de la

pression externe,

- de l'étude de la résistance à la déformation des divers types de pastillesd'extrémité,.

- de l'étude de la tenue au fluage du bouchon et des ailettes de la gaine.

L'élément, avant irradiation, fait l'objet d'une métrologie très poussée;

les spécifications concernant la gammagraphie, les contrôles analytiques, et les

conditions de fabrication sont plus nombreuses et plus sévères que pour les élémentsde série.

Les déformations dues au fluage sont accélérées par de nombreux cyclages

en température et en puissance. Des éléments semblables sont irradiés avec des cy-

clages de types différents tels que :

- Variation de +20° à -100° autour de la température nominale, à puissance

constante,

- Variation de ± 10 % de la puissance spécifique à température constante,

- Variation de puissance Pn »-0 par chute des barres du réacteur, ou re-

cul électrique de la boucle,

- Irradiations à 1,5 fois la puissance nominale, avec parois internes du

tube uranium en phase |3 et cyclages entre les phases a et p.

Bien que ces cyclages soient une sujétion importante pour l'exploitant, ils

sont actuellement réalisés de façon courante, et de nombreuses possibilités s'offrent

aux expérimentateurs.

En particulier, d'autres irradiations ont été faites avec mise en compres-

sion des charges, ou cyclages d'autres sortes pour les éléments EL k.

IX.7. Essa is de sûreté

Ces essais ont pour but de vérifier le comportement des cartouches dans des

conditions extra-nominales. A ce titre ont été faites des irradiations d'éléments

EdF à des températures de gaine de 5^0°C; des irradiations de cartouches comportant

des fuites de gaines, associées ou non à des fuites de soudure de pastille, pour

étudier les possibilités de détection de ces fuites et leur comportement sous irra-

diation. Sur les éléments EL a été étudiée la tenue de divers types de gaine en cas

de dégonflage brusque de la boucle, correspondant à l 'éclatement d ' un collecteur de

refroidissement dans un réacteur de puissance.

Figure 31 - Elément EdF "étude de fluage" (document du Département de Métallurgie LECA)

Figure 32 - Elément EL 4 (document du Département de Métallurgie LECA'

Figure 33 - Elément EdF - Essais de sûreté -

(document du Département de Métallurgie LECA)

C H A P I T R E X

COMPORTEMENT DES BOUCLES - AVARIES

ENTRETIEN : DIFFICULTES RENCONTREES - AMELIORATIONS

X.O. Généralités

La description des boucles donnée au chapitre II nous permet d'établir une

classification des différents problèmes que nous avons eus à résoudre lors du mon-

tage, des essais, de l'exploitation et de l'entretien des différents types de bou-

cles actuellement en service à PBGASE.

Il faut distinguer dès le départ :

a) La famille des boucles EdF.

b) Celle des boucles EL et INCA, venues postérieurement.

Ces ensembles, immergés dans l'eau déminéralisée à des profondeurs variant

de 7 à 12 mètres, doivent fonctionner à des pressions de 25 bars dans le car, EdF,

60 bars pour les boucles EL et INCA.

Notre souci principal sera donc de connaître le comportement mécanique des

matériaux de structure soumis aux actions combinées :

- du flux neutronique et thermique,

- de la pression et de la température interne du gaz,

- de l'eau déminéralisée.

Ceci nous amènera à mentionner un certain nombre d'incidents ou d'accidents

qui se sont produits lors des premiers essais et de la mise en fonctionnement de ces

boucles, et à détailler les améliorations et modifications qui ont pu être apportées

dans chaque cas particulier, et qui ont consisté dans la plupart des cas à restaurer

et assurer des étanch'.ités tant du côté gaz que du côté eau. Ensuite, nous ;,>-prierons

des incidents plus proprement liés au fonctionnement même des boucles dans le réac-

teur et qui intéressent finalement les appareils (tels les soufflantes ou les vannes,

etc...) qui font partie intégrante des structures de boucles.

Nous traiterons spécialement des circuits de contrôle et de commande des

boucles qui constituent ce que nous appelons "l'habillage", pour évoquer les diffi-

- 95 -

cultes et les incidents que nous avons rencontrés dans ce domaine et les solutions

que nous avons pu adopter ou mettre en oeuvre.

Enfin, sur un plan beaucoup plus général de l'entretien de ces dispositifs,

nous dirons quelques mots des protections qui ont été nécessaires et par voie de

conséquence, des installations qu'il a fallu réaliser, ainsi que des conditions de

travail du personnel.

X.l. Eléments de structure

X.1.1 - Tube de force

a) EdF : huit boucles au total ont été montées. Elles totalisent*

(au 1er Mars 1968) :

Boucles Heures de fonctionnement

n° 11

n° 12

n° 13

n° 1k

n° 15

n° 16

n° 17

n° 18

15

21

18

17

1

5

911

.600

.000

.900

.000

.500

.500

.300

.000

La boucle 12, actuellement la plus irradiée, a été soumise à un flux in-

tégré de 5.1021 nvt.

Nous n'avons jusqu'à présent rien noté d'alarmant sur la tenue mécanique

du tube de force ayant cette irradiation, non plus d'ailleurs que sur les sept au-

tres boucles.

Aucune analyse métallurgique n'a encore été faite sur ces matériaux irra-

diés. Seul les tubes avant des boucles n°15 et n°17 ont été démontés. Le tronçonnage

de ces tubes doit intervenir prochainement, mais il est à craindre que la faible

irradiation du matériau ne nous apprenne rien d'intéressant sur le comportement de

l'AG 3 net.

* NOTA : • La boucle 15 modifiée en boucle EdF 4 a été peu utilisée en Pile.

• La boucle 16 a été transformée pour permettre des essais particuliers sur le graphite et n'a été

utilisée en pile que depuis le début de 1967.

- 96 -

b) EL : Sept boucles ont été montées.

Elles totalisent* au 1er Mars 1968 :

Boucles

n° 21

n° 22

n° 23

n° 24

n° 25

n° 26

n° 27

Heures de fonctionnement

13-400

13.000

12.200

11.500

-

6.500

2.300 (*)

.21La boucle n°21, la plus irradiée, a reçu une dose de l'ordre de 10 nvt

en neutrons d'énergie supérieure à 1 MeV. Là non plus nous n'avons rien relevé

d'alarmant sur le comportement du zircalloy, de l'inox ou des jonctions visPCés-

brasées, mais l'irradiation de ces tubes est plus rapide que pour ceux des boucles

EdF et il importera de connaître assez vite les limites daPgereuses pour ces maté-

riaux de structure. Rappelons que les chiffres indiqués ci-dessus se rapportent à la

zone du tube de force recevant le flux le plus élevé.

Des tubes, identiques à ceux qui équipent le réacteur EL 4 sont en cours de

fabrication. Leur livraison devrait intervenir au cours du 2ème trimestre 1968.

C'est donc à cette époque seulement qu'il sera possible de récupérer un des tubes de

forces, probablement le plus irradié, afin d'y prélever des éprouvettes pour analy-

ses métallurgiques au L2CA.

Lors du démarrage du réacteur en 19&3, des éprouvettes d'irradiation consti-

tuées à partir de matériau de structure du réacteur, avaient été mises en place pour

effectuer justement des analyses métallurgiques et de résistance de ces matériaux en

fonction des flux intégrés,

Ti .̂s expéditions à destination du Département de Métallurgie ont déjà n-lê

effectuées :19

- la première pour une dose de l'ordre de 3-10 nvt-, en Avril 1964,

- la deuxième pour un flux intégré de 10 nvt, au deuxième semestre 1964,

- la troisième pour un flux intégré de 3.10 nvt, au mois dp Mars 1965'

il U T A : - la boucle n° 25 n'a pas encore été mise en irradiation. Elle est utilisée pour des essais à froid

•et le montage et les essais de nouveaux dispositifs (soufflantes 200 KW, réchau(feurs; doublantes...).

- la boucle n° 27 est uns boucle adaptée à des essais de dépressurisation rapide en pile, et a été peu

utilisée (Boucle DERAPEC, voir chapitre III § 1.3.a).

- 97 -

Nous n'avons à l'heure actuelle aucun résultat concernant les mesures et

analyses effectuées sur ces échantillons qui, par ailleurs, ne comportaient pas

d'éprouvettes en zircalloy mais uniquement de 1'AG 3 net et de l'inox. Il semble

toutefois que ces analyses n'aient pas apporté d'éléments nouveaux.

Le seul fait sur lequel il nous est possible de tabler est le chiffre limite22de 10 nvt en neutrons rapides > 1 MeV retenu dans l'étude des matériaux de struc-

ture du réacteur EL 4 (qui correspond à une irradiation de 20 ans des tubes EL 4).

X.1.2 - Doublantes

a) Boucles EdF

Leur comportement tant mécanique que thermique a été satisfaisant après

les mises au point effectuées au moment des essais de réception des boucles EdF.

Deux incidents méritent toutefois d'être signalés :

1) Boucle 12

En Janvier 1965, lors de l 'extraction en salle de déchargement du pa-

nier GS 1, on s'aperçoit de ce que la partie basse du panier (porte segments d'étan-

chéité) est restée coincée dans la doublante, provoquant la chute de la demi-cartou-

che inférieure lors de l'extraction du panier. Il s'agissait d 'un essai GS pour le-

quel les conditions de température avaient été très élevées, et l 'on avait conclu à

des dilatations importantes, provoquant un coincement sérieux du panier dans la dou-

blante.

Aucun incident de ce genre ne s'étant reproduit, bien que d'autres

essais du type GS aient été effectués, il faut maintenant admettre une mauvaise réa-

lisation du panier GS 1, ou bien encore dec jeux trop minimes entre le panier et la

doublante de la boucle.

2) Boucle 1?

A la fin du moie de Novembre 1966, une rupture de gaine très brutale

et très importante se produisait sur la charge GS 20 en irradiation, entraînant une

contamination très importante de cette boucle.

Après un temps de refroidissement très long, qui a permis de nombreux

examens tant radiographiques que neutrographique-3, l'extraction du panier est effec-

tuée en cellule en Juin 1967-

Cette opération nécessite la mise en oeuvre d'efforts très importants

supérieurs à la tonne. Un extracteur mécanique à vis a même dû être utilisé et le

décollement du panier s'est produit pour un effort certainement voisin de deux ton-

nes. On s'est alors rendu compte que le panier contenant la charge GS 20 entraînait

également la doublante de la boucle.

- 99 -

Les efforts de coincement provoqués par les déformations du combustible

lors de la rupture de gaine et la fusion de l'uranium avaient dû provoquer une liai-

son très efficace, presque une "fusion" des deux structures, ce qui était déjà per-

ceptible à l 'examen des radiographies.

L ' e f f o r t exercé à l 'extraction a probablement conduit au cisaillage ou à

?.a déformation des deux pions de positionnement de la doublante permettant ainsi son

enlèvement avec le panier.

Un examen visuel du tube de force, montrait que la doublante a certaine-

ment servi d 'écran protecteur : il ne semblait pas y avoir de déformation du tube

lui-même.

Cet incident, le premier de cette importance en quatre années de fonc-

tionnement, permet toutefois de constater qu'en cas de rupture de gaine très brutale,

entraînant une fusion de l'uranium, le principe même du montage, (combustible isolé

dans une chemise) et les jeux de montage ne sont pas suffisants pour "encaisser" les

déformations et qu'il faut pour le moins envisager le remplacement de la doublante

de la boucle.

Dans le cas de la boucle 17, le changement du cadre avant fut opéré, pour

remettre la boucle en état.

b) Boucle EL

Les seuls incidents à signaler actuellement sur ces dispositifs se sont

produits lors des essais de réception des boucles et intéressent le calorifuge.

On constate un entraînement du•calorifuge par le C0_ de refroidissement

au raccordement des doublantes du tube vertical et des tubes horizontaux.

Le raccordement des deux clinquants inox de retenue de l'isolant est très

difficile à réaliser dans ces zones et s'il n'est pas effectué avec beaucoup de

soins, une partie de ce clinquant se déchire, et il se produit une aspiration de

calorifuge qui vient se plaquer sur le rouet de la soufflante et dans le filtre du

circuit. (Cf. photo n°23 des pages suivantes).

Cet incident s'est produit systématiquement lors des essais des boucles

EL n°23, 24 et 25. Il ne met pas en cause la doublante elle-même, mais le soin ap-

porté à sa réalisation.

X . 1 - 3 - Paniers

Nous ne reviendrons pas sur la structure et l'évolution de ces paniers qui

sont données au chapitre V.

Nous voudrions toutefois insister sur les jeux entre paniers et doublantes

des boucles.

D 'un point de vue purement mécanique, les tolérances d'usinage de ces maté-

Figure 34 - Doublante du tube de force et rouet de la soufflante

Figure 35 - Incident boucle 18

- 100 -

riels d'une part, la diversité des opérations à effectuer d'autre part sont telles

qu'il semble indispensable de conserver un jeu minimum de 1 mm. C'est bien le cas

actuellement, mais pour améliorer la précision du bilan thermodynamique des charges

en irradiation, on ajoute des segments d'étanchéité, qui réduisent ce jeu à 5/10 mm

- Filtres

a) Boucles EdF

Lt filtre du circuit principal est destiné à protéger la soufflante qui

fonctionne avec des paliers gazeux, qui n'admettent en aucune manière des impuretés

dans le gaz.

Un essai malencontreux de fonctionnement de la boucle sans filtre a d'ail-

leurs été effectué au Hall II au moment de la réception des boucles et des soufflan-

tes et le résultat ne s'est pas fait attendre : la soufflante a été très vite indis-

ponible et a nécessité la remise en état complète des paliers.

D'autres incidents sont à signaler au cours de l'exploitation des boucles:

1) Boucle îk

Au démarrage du réacteur, un étalonnage des dispositifs de DRG a été

entrepris. Pour cela la boucle 1*t a été chargée avec un panier contenant une car-

touche acier possédant une pastille d'uranium de surface connue.

Après quelques jours d'ecsais, on constate une baisse du débit C0_

dans la boucle. Le déchargement du panier et des mesures sur boucles indiquent un

colmatage du filtre qui doit être remplacé.

Le même incident se reproduit avec un deuxième panier du même type et

le filtre doit encore être remplacé.

2) Boucle 17

La rupture de gaine de la charge GS 20 évoquée précédemment a entraîné

également un colmatage du filtre principal de la boucle.

Les mesures d'activité effectuées aussitôt après l'incident indiquent

une concentration d'activité au niveau du filtre due à l'oxyde d'uranium formé au

moment de la rupture.

Nous avons donc décidé d'évacuer le filtre en cellule lors du déchar-

gement du panier. Il reste à faire des essais de la soufflante mais il semble bien,

à la lumière des deux incidents qui viennent d'être relatés, que les filtres aient

dans les deux cas assuré leur fonction et protégé efficacement les soufflantes des

boucles.

- 101 -

b) Boucles EL

Ici les choses ne sont pas aussi nettes. Le manque de débit des bouclas

EL b mis en évidence lors des premiers essais a conduit à remplacer le filtre ini-

tialement prévu par un filtre à grosses mailles qui a peu de pertes de charge, mais

qui est bien moins efficace que les filtres EdF.

Comme il s'agit de boucles EL équipées de soufflantes classiques à pa-

liers à billes, la propreté du circuit gaz n'est pas aussi indispensable.

A l'exception des incidents de calorifuge des doublantes survenus sur les

boucles 23, 2̂ et 25 déjà citées, nous n'avons pas eu de cas de colmatages de filtres

en exploitation. Mais il ne nous est pas possible de dire si cela est dû à une absen-

ce d'incident ou si le filtre à grosses mailles n'arrête rien et ne se colmate donc

pas.

X.2. Les c ircui t? , gat

X.2.1 - Tenue mécanique

Elle est systématiquement contrôlée chaque fois que les interventions néces-

sitent l'ouverture des circuits gaz. Les essais sont faits à 1,1 Pn (pression nomi-

nale) et n'ont jusqu'à présent relevé aucune anomalie des circuits, dont on peut

dire que le comportement est satisfaisant après k années de fonctionnement.

X.2.2 - Comportement thermique

Dans l'ensemble nous n'avons pas non plus dans ce domaine d'élément marquant

à signaler. Il faut toutefois noter :

a) Boucles EdF

Incident boucle 18.

En Juillet 196̂ , la charge GM 12 est en irradiation dans la boucle n°l8.

En cours d'irradiation, une chute assez brutale de la pression boucle

entraîne une chute de barres par élévation rapide des températures.

La fuite a été provoquée par la rupture brutale de la tuyauterie souple

reliant le tube filtre à l'échangeur gaz-gaz.

(Cf. photo n°2it)

La cause initiale de cet incident réside très certainement, comme nous le

pensions à ce moment, dans un défaut de calorifugeâge de la tuyauterie souple entraî-nant une fragilisation du tube extérieur assurant la résistance à la pression.

- 102 -

Toutefois devant les conséquences très importantes de cet accident (im-

mobilisation pendant un temps très long de la boucle et du bassin d'entretien pour

l'assèchement des circuits et des appareillages), le remplacement de cette tuyaute-

rie fragile par une liaison rigide calorifugée a été effectué sur toutes les bou-

cles.

Il faut ajouter cependant que cette modification a été étalée dans le

temps et que certaines boucles sont restées très longtemps avec leur équipement

d'origine sans que cet accident ne se renouvelle. Il faut donc penser qu'il aurait

pu donner satisfaction.

b) Boucles EL

Elles n'ont jusqu'à présent donné lieu à aucun phénomène thermique anor-

mal .

Au moment des premiers essais à chaud en pile, on a pu constater que cer-

taines zones (échangeurs, tube de force, pions de doublantes) prenaient des couleurs

très caractéristiques allant du bleu-violet au rouge "gorge de pigeon".

Ceci indique des défauts de calorifuge dans ces régions provoquant des

fuites thermiques et confirme les observations déjà faites à propos des doublantes :

les raccords de calorifuge sont très délicats à réaliser et doivent être faits avec

beaucoup de soins.

Cet état de choses est d'autant plus inquiétant que les zones intéressées

ne sont pas des parties droites, mais des zones où se situent justement les contrain-

tes maximales dans le métal et où viennent s'ajouter les contraintes thermiques

ainsi créées.

X.2.3 - Les étanchèitès

C'est certes le point le plus délicat, en tous cas celui qui nous a causé

le plus de déboires dans l'exploitation des boucles. Nous parlerons des incidents

majeurs que nous avons rencontrés et des remèdes que nous avons, ou que nous allons

apporter, mais il ne nous apparaît pas inutile de revenir sur les solutions qui

avaient été adoptées au départ lors des études de boucles.

a) Solutions initiales

Etanchèitès sta\ ques

Elles sont de 2 types

- à joints soudés

- à joints perbunan.

- 103 -

Les joints à lèvres soudées, ou joints type SARLUN, furent utilisés le

plus souvent possible. Les étanchèitès ainsi réalisées sont parfaites mais d'une

mise en oeuvre longue et délicate lors des interventions sur matériels irradiés. Il

faut reconnaître que les démontages des matériels possédant de tels joints ont été

assez peu fréquents. Des essais sont toutefois entrepris sur la bride de la vanne

d'une boucle EdF, par montage d'un joint torique, d'un emploi et d'une mise en

oeuvre beaucoup plus commodes.

D'autres joints soudés ont été réalisés sur la partie avant des boucles

EdF. Il s'agit des pions de positionnement '''es doublantes, vissés dans l'AG 3 et

dont l'étanchéité est assurée par une pastille AG 3 soudée sur un bossage particu-

lier exécuté sur le tube. Nous verrons plus loin les incidents que nous avons ren-

contrés sur ces types de joints.

Enfin les joints perbunaii ont été réduits au minimum du fait de leur mau-

vaise tenue sous rayonnement. Ils ont été utilisés dans des zones de faible flux et

pour des matériels dont le démontage devait intervenir assez fréquemment (soufflan-

tes) ou pour des liaisons entre tube AG 3 et canal inox.

Les joints perbunan, en général du type torique, assurent une étanchéité

à l'eau déminéralisée et évitent la corrosion entre AG 3 et inox. Chaque fois qu'il

est nécessaire, ces joints sont doublés d'un joint torique métallique (du type Wills

en acier inoxydable) qui assure la protection au C0_ chaud, car le joint perbunan

supporte difficilement des températures supérieures à 100°.

Etanchèitès dynamiques

Elles intéressent uniquement les étanchèitès eau et gaz des bouchons de

boucle. Elles ont été réalisées par joints toriques perbunan mais en : '

- aménageant la profondeur des gorges,

- diminuant les angles des chanfreins d'entrée,

- obtenant un poli très poussé des surfaces,

- réalisant sur les surfaces en contact un chromage dur,

- sélectionnant les types de joints en fonction des diamètres et des

pressions,

- graissant légèrement les joints.

Trois joints successifs assurent l'étanchéité au CO et un seul l'étan-

chéité à l'eau. Ce système qui a nécessité de nombreux essais et mises au point au

départ donne satisfaction dans l'ensemble.

Sorties étanches

Ce sont des étanchèitès au gaz (circuit principal) et des étanchèitès à

l'eau (circuit secondaire). Les premières n'ont en général donné lieu à aucun inci-

dent majeur, et leur tenue est jugée satisfaisante. Les sorties "étanches" du cir-

cuit secondaire intéressent principalement les câbles des liaisons électriques (puis-

sance et contrôle. Elles se font sur les prises de raccordement d'extrémités (prises

Jupiter) et ont donné lieu à des incidents si fréquents qu'une refonte complète du

- 104 -

système d'étanchéité a dû être effectuée. Cette modification est détaillée au para-

graphe IV.2 du présent chapitre.

b) Incidents

A plusieurs reprises (Avril 1964, Juin 196̂ et Août 1964) des fuites du

circuit principal sont apparues sur la boucle n°11 :

- sur les cordons de soudure des pastilles d'étanchéité des pions de

fixation des doublantes,

- au bouchon avant (joints gaz et joints eau),

- au manchon supérieur : jonction AG 3/inox

(étanchéité par joint torique).

En dépit de réserves formulées par le fournisseur (Métallinox) sur l'ef-

ficacité d'une reprise des étanchéités dans les conditions imposées à PEGASE (irra-

diation, présence d'eau en cours de soudure, etc...) des réparations de fortune ont

été effectuées pour restaurer 1'étanchéité des pions de positionnement.

Etant donné la fréquence des incidents, l'étude d'un système entièrement

mécanique avait été demandée à HISPANO-SUIZA.

Les incidents de ce type ne s'étant plus jamais reproduits et les répara-

tions effectuées s'avèrent en définitive plus robustes que prévues, cette étude de

modification est restée dans nos "cartons" mais elle peut être disponible immédiate-

ment pour réalisation, si de nouveaux incidents se produisaient.

Le défaut d'étanchéité du bouchon avant a été supprimé en reprenant l'é-

tat de surface des portées des joints toriques, portées qui représentaient des

rayures. Les contrôles dimensionnels effectués à cette occasion ont mis en évidence

une ovalisation du tube, ainsi que des variations dimensionnelles non négligeables

en fonction de la température.

Enfin 1'étanchéité entre manchon inox et tube AG 3 a été reprise en dé-

montant le manchon supérieur (dévissage) pour changer les joints toriques d'étan-

chéité. Cette opération pouvant présenter des aléas certains (grippages du filetage

inox/AG 3), une étude pour l'usinage et le remplacement de la partie haute du tube

d'une boucle irradiée fut également demandée au constructeur.

Là encore l'étude est réalisée et disponible, mais n'a pas eu à servir

jusqu'à présent.

En effet le dépannage et la remise en état de la boucle 11 a pu se faire

sans difficulté majeure.

- 105 -

X.3. Les appareils

II s'agit principalement du comportement des soufflantes, qui font partie in-

tégrante de la boucle autonome et par conséquent sont immergées en même temps que

cette dernière.

X.3.1 - Soufflante EDF

Ce sont des machines à paliers gazeux fournies par RATEAU et qui au moment

de l'étude et de la réalisation (1961-1963) pouvaient être considérées comme des

prototypes et dont la tenue et le comportement dans le temps étaient intéressants à

plus d'un titre.

a) Heures de fonctionnement

Le tableau ci-dessous correspond aux heures globales de fonctionnement

des machines, au régime de 9.000 t/mn.

TABLEAU I

SoufflanteN°

1.180

1.840

1.841

1.842

1.843

1.844

1.845

1.846

1.847

BoucleN°

\

12

16

1814

15

1311

1216

1716

Heures demarche

13.000

662

11.000

17.000

1.500

18.900

15.600

]• 11.500

]• 10.500

Incidents

Néant

Blocage moteursur incident canne chauffante

Néant

Néant

Néant

Néant

Néant

Vérification butée à 7500 hBlocage moteur à 11.500 h

Néant

b) Incidents de fonctionnement

Nous l'avons dit, ils sont très rares. Il faut signaler toutefois :

- Boucle 12, en Décembre 1965.

Une intervention pour remise en état d'un capteur de vitesse nous incite

à effectuer un démontage de la soufflante (le premier depuis 1963) pour un examen

des

- 106 -

de fctftêe. L'usure du patin est normale et les états de surface très sa: 1» machine totalisait alors 7-952 heures.

- Boucle 16 (essais graphite).

Le $1 Mars 196?, un incident de fonctionnement de la boucle, conduit à un

blocag6 àe lfl S0uf fiante.

Au pontage on constate des dégâts très importants sur la partie élec-

moteur (rotor fondu). La machine totalise 662 heures seulement. Les patins

ccell^ut état ce qui est normal pour ce temps de fonctionnement.

Par ailleurs, cet incident n'est pas imputable à la soufflante; les dété-

sont d&s conséquences d'un mauvais fonctionnement de la boucle elle-même.

Un biocage du même ordre se produit à nouveau sur la boucle n°1ô avec la

soufflet* 18<HS en. Décembre 1967, nais cette fois sans dégâts d'aucune sorte. Des

contrôlé ulte*i«ttï-s sur cette machine n'ont pas permis de lever le voile qui couvre

cet

trique

sont ef-

X.3.2 -

billes,

EL

bouges EL ont été équipées de soufflantes classiques à roulements à

par le constructeur, HISPANO-SUIZA, pour 4.000 heures de marche.

^) geureg_de fonctionnement.

On trouvera ci- après le tableau de fonctionnement de ces soufflantes. On

constate que les incidents ont été nombreux et ont entraîné des modifications de

principe»

(Voit* tableau II).

- 10? -

TABLEAU II

SoufflanteN°

1

2

3

5

8

9

10

BoucleN°

22

22

22

21

26

2k

2k

2k

23

23

21

21

21

26

23

27

Heures demarche

3.280

3.800

4.000

2.500

3.476

4.500

2.080

4.790

3.4005.250

6.000

1.500

2.5923.014

2.230

2.335

Périodedu au

07/09/65 - 09/03/66

05/08/66 - 30/9/67

27/11/64 - 19/08/65

06/11/65 - 20/04/66

25/01/67 - 29/07/67

25/06/65 - 13/05/66

29/07/66 - 25/01/67

08/02/67 - 23/02/68

17/11/65 - 16/05/66

05/06/66 - 17/07/67

19/08/64 - 25/09/6516/05/66 - 17/07/66

20/12/66 - 31/07/67

30/06/66 - 06/12/66

01/08/67 - 05/12/67

30/06/66 - 13/10/6?

Incidents

Changement volontairedes roulements

- d° -

Changement roulementspalier inférieur grippé.

Changement roulementspalier inférieur, induitdétérioré. Remplacementcapteur vitesse.

Changement des roulements

Changement volontaireroulements.

Changement roulements.

Changement roulements.

Changement roulements.

Changement roulements.

Changement roulements.

Changement volontaireroulements.

- d° -

Changement roulements;induit détérioré.

Changement roulements.

Changement roulements.

Actuellement les machines en service totalisent, au 1er mars 1968

Soufflante

1

2

3

58

910

Boucle

N° 27

N° 23

N° 24

N° 21

N° 22

-

—

Heuresdepuis dernière intervention

97

1 135 (Solutionbaguesflottantes)

Arrêt volontaire à 4790 heures

784

1 494

0 (Rechange)

0 (en rechange)

depuis 1ère mise en service

7 177

11 111

11 370

9 424

11 586

5 244

2 335

- 108 -

b) Incidents - Améliorations

Dès la mise en service, des essais furent entrepris par le DGF en vue

d'augmenter le temps de vie des roulements, car le graissage ou le remplacement de

ces pièces nécessitaient :

- le rc-trait de l'irradiation en cours et son refroidissement,

- le déchargement de la cartouche en essai,

- le passage de la boucle en bassin d'entretien.

Un premier essai sur la boucle 21 de 5.000 heures, qui fut prolongé jus-

qu'à 6.000 heures, se révélait encourageant pour l'avenir.

Mais deux incidents très rapprochés en Avril 1965 sur les boucles n°21 et

23, pour des temps respectifs de fonctionnement de 2.530 et 3.̂ 00 heures, condui-

saient le constructeur à modifier le montage initial du mobile.

Le palier inférieur constitué par deux roulements fonctionnant en duo

est désormais équipé d'un seul roulement encaissant toute la charge et dont les es-

sais au banc semblaient prometteurs.

En même temps, le refroidissement des paliers est augmenté par ouverture

du diffuseur, et une nouvelle qualité de graisse est utilisée.

Le constructeur espérait ainsi obtenir un fonctionnement ininterrompu de

plus de 5.000 heures. Depuis ces modifications, d'autres incidents sont toutefois à

signaler sur les soufflantes n°9 (3.014 heures), n°3 (2.o8o heures), n°5 (5.250 heu-

res), n°2 (3.476 heures), n°8 (2.592 heures), n°1 (3-800 heures et n°10 (2.335 heu-

res) n'ont pas même permis de déterminer avec précision l'origine de l'incident :

les roulements (inférieur en particulier) commencent à chauffer, probablement par

absence de graisse, et ensuite l'évolution et les détériorations pervent être très

rapides si la soufflante n'est pas arrêtée immédiatement.

Ce phénomène, très aléatoire, semble pouvoir se produire dès 2.000 heu-

res de marche; ce qui conduit à penser qu'il est impossible de prévoir une durée de

vie moyenne garantie de l'ordre de 5.000 heures, comme nous l'espérions au départ.

Cette cascade d'incidents, très néfaste pour l'exploitation des boucles

nous a conduit à étudier le remplacement des paliers à billes par des paliers gazeux.

Une étude d'adaptation est en cours et devrait permettre l'équipement de deux machi-

nes au Printemps 1969. Dans cette attente une solution provisoire, par adjonction de

bagues flottantes est en cours d'essais : ncus espérons qu'elle permettra d'augmen-

ter la durée du graissage et conduira à des opérations d'entretien des soufflantes

moins fréquentes en 1968.

X.3.3 - Soufflantes nouvelles

Les boucles type INCA, dont le début de réalisation remonte à 19&5i ont e*e

équipées de soufflantes classiques à roulements.

Les conditions de fonctionnement (débit et vitesse) étant moins draconiennes,

- 109 -

on peut toutefois espérer que leur comportement sera meilleur que celui des souf-

flantes des boucles EL.

Une première boucle commence seulement à être exploitée et atteint déjà plus

de 3-000 heures, mais il faudra attendre encore pour voir si nos espoirs sont fondés.

Deux nouvelles soufflantes pour boucles EL ont été commandées chez RATEAU en

1967. Ellss doivent permettre une meilleure utilisation des boucles EL N°25 et 26.

Ce sont des machines de 200 KW, à paliers gazeux, dont les essais se termi-

nent et dont le comportement paraît bon.

Là aussi, il faudra attendre une année d'exploitation avant de pouvoir se

prononcer définitivement sur un avantage non discutable des "paliers-gazeux".

X.4. Les circuits de contrôle et de commande

X.4.1 - Installations initiales

Pour conserver une très grande souplesse d'exploitation du réacteur, les

boucles d'irradiation ont été prévues autonomes. Pour cela des raccordements par

liaisons souples étaient nécessaires entre les boucles et les installations fixes

en margelle (circuit DRG - salle de contrôle - alimentation - puissance etc...).

Pour ne pas trop compliquer la réalisation des boucles, ces liaisons étaient

fixées en margelle et le raccordement s'effectuait sur des coffrets situés à la par-

tie supérieure arrière des boucles.

D'autres liaisons existaient entre ces coffrets et les différents appareilssur boucles.

Les raccordements étaient effectués par des prises multi-broches du type

Jupiter, et intéressaient tant les circuits de puissance que les circuits de con-trôle.

Enfin des raccordements identiques, mais par prises vissées type ARELCO

existaient pour les circuits gaz.

X.4.2 - Premières modifications

a) Circuits gaz

A l'exception de quelques ennuis de départ sur le fonctionnement de demi-

valves ARELCO, et une usure normale des boas, le comportement et le fonctionnement

de ces raccordements ont été jugés acceptables, et n'ont pas donné lieu à des modi-fications.

- 110 -- Ill -

b) Liaisons électriques

Le système initial s'est révélé mauvais à l'usage : trop de coupures des

liaisons entraînant des contacts douteux (mauvaise continuité) et des étanchéités

difficiles à conserver sur les prises Jupiter (mauvais isolement), nous ont conduits

à modifier le système.

Dans un premier stade, les liaisons électriques assurées par les boas

métalliques type "La Jonchère" ont été fixées sur les boucles, éliminant ainsi les

problèmes d'étanchéité au niveau des coffrets (dans l'eau).

Les raccordements sont donc reportés en margelle, dans l'air, d'une exé-

cution plus facile, et permettant un contrôle plus aisé des continuités des lignes.

En même temps, certaines mesures (celles des températures en particulier),

viennent directement du bouchon avant, sans coupure au niveau des coffrets de bou-

cles, améliorant ainsi la sécurité de ces mesures (cf. chapitre IV).

X.4.3 - Le gonflage des boas

Ces boas, d'un comportement très satisfaisant pour des liaisons de gaz sous

pression (E5 et 60 bars de CO,) ont une très mauvaise tenue lorsqu'ils sont utilisés

sans pression interne (pression atmosphérique), comme protection à l'eau.

S'agissant de plus d'un matériel très fragile, peu enclin à supporter des

manutentions fréquentes, les entrées d'eau avec toutes leurs conséquences ont été

très nombreuses. Mous avons donc été conduits à établir dans ces boas une circula-

tion d'air sec, à une pression relativement faible (1,5 kg), qui avait un double

avantage :

- maintenir les liaisons dans l'air (isolement)

- détecter toutes les fuites et éviter les entrées d'eau éventuelles.

C'est cet ensemble que l'on appelle le circuit secondaire des boucles.

Ces premières améliorations présentaient l'avantage de modifier très peu les

installations existantes. En particulier les matériels étaient tous conservés et

réutilisés, entre autres les liaisons par boas métalliques.

X.^A - Installations actuelles

Le deuxième stade de modification des liaisons électriques a consisté juste-

ment à supprimer les boas métalliques, source permanente d'incidents, en adoptant

des câbles multiconducteurs.

Ces câbles, qui ont une gaine extérieure en polythene, sont plongés directe-

ment dans l'eau déminéralisée; les raccordements en margelle, dans l'air, sonc tou-

jours assurés par des prises multibroches Jupiter améliorées; et les étanchéités à

l'eau sont réalisées directement sur les gaines des câbles par des joints caoutchouc

Figure 36 - Prises Jupiter et presse-étoupe sur câble polythene

- 112 -

serrés par presse-étoupes.

Une redistribution des mesures et des alimentations sur boucles a permis

d'autre part de supprimer définitivement les coffrets de boucle, éliminant du même

coup les contacts et les étanchéités supplémentaires à réaliser à ce niveau, et

allégeant sérieusement "l'habillage des boucles".

Le circuit secondaire de gonflage à l'air a été conservé pour tout ce qui

concerne les capotages d'entrée aux appareils et qui établit un "matelas d'air"

entre les sorties étanches (côté gaz) et les presse-étoupes des câbles (côté eau).

Ces nouvelles dispositions sont adoptées au fur et à mesure sur les boucles

qui passent en bassin de décorticage mais d'ores et déjà, on peut dirs qu'elles don-

nent satisfaction dans l'ensemble.

La seule inconnue véritable réside dans le comportement du câble dans l'eau

déminéralisée et sous flux.

Un certain nombre de boucles ont vu leur câblage se détériorer et il a fallu

remplacer les câbles tant puissance que contrôle.

C'est dans ces cas précisément que nous avons pu éprouver tous les avantages

des nouvelles dispositions adoptées :

- facilités de mise en place,

- rapidité d'exécution des opérations d'entretien en bassin de décorticage,

- diminution très notable du prix de revient, ce qui n'est pas négligeable.

Nos efforts portent actuellement sur l'étude d'un nouveau cheminement des

câbles évitant les zones de flux trop important, sur l'utilisation d'un nouveau gai-

nage plus résistant et sur une nouvelle disposition des étanchéités, tous facteurs

qui devraient nous permettre de gagner un facteur de 5 ou 10 sur la durée de vie de

ces câblages.

X.5. Entretien des boucles

X.5.1 - Les installations

Au moment de la réalisation du projet PEGASE, un seul bassin avait été ré-

servé pour l'entretien et le décorticage éventuel des boucles.

Dans l'esprit des constructeurs (DCP), il était difficile de prévoir les

avaries possibles sur boucles et par conséquent les équipements et les outillages

correspondants.

Un équipement sommaire du bassin fut toutefois entrepris en 1963. Il compre-

nait :

- des portes de protection pour isoler le tube avant (la boucle étant déchar-

gée au préalable),

- 113 -

des passerelles amovibles permettant un accès aux différents niveaux des

boucles,

des outillages pour le démontage des soufflantes dont on connaissait cer-

taines opérations d'entretien,

des outillages sommaires pour le démontage et le remplacement éventuel des

tubes de force avant des boucles.

X.5-2 - Lej interventions

Très vite, et à la lumière des nombreux incidents que nous avons relatés

précédemment, on s'est aperçu de ce que les interventions en bassin de "décorticage",

comme on continue à le dénommer, seraient beaucoup plus fréquentes que prévues, et

que le personnel serait amené à y travailler en permanence pendant plusieurs jour-

nées complètes de travail.

De plus, au fur et à mesure que le temps passait, l'irradiation des maté-

riaux de boucles (acier inox en particulier) allait en grandissant et de la même

iranière, les doses intégrées par le personnel durant les travaux augmentaient nota-

blement.

Nous avons cherché :

- à améliorer les protections, pour diminuer les taux d'irradiation ambiante;

donc à ramener cette zone à une zone normale de travail,

- à améliorer les installations pour augmenter les cadences d'interventions.

X.5-3 - Améliorations

Les doses intégrées par le personnel étaient surtout importantes lors des

démontages de soufflantes.

L'irradiation provenait uniquement du tube de force avant par les fuites des

protections existantes.

Géométriquement il était très difficile d'augmenter les épaisseurs existan-

tes; aussi des portes supplémentaires coulissantes furent-elles ajoutées entre le

tube et la soufflante. Elles demandent un peu plus de temps pour la mise en place,

mais permettent de diminuer très sensiblement le taux d'irradiation au niveau de la

soufflante.

En ce qui concerne l'amélioration des installations, plusieurs projets d'ex-

tension des ateliers chauds ont été envisagés successivement afin de "spécialiser"

les opérations s'effectuant dans le bassin d'entretien. Comme il fallait :

- soit, se contenter d'un projet trop restreint,

- soit admettre des interférences gênantes dans le fonctionnement des ins-

tallations des ateliers chauds,

- 114 -

il a été jugé préférable d'ajourner l'exécution d'un tel projet.

Il faut donc se contenter dans l'immédiat d'améliorer au maximum les outil-

lages existants pour réduire les durées d'intervention et les conditions de travail

du personnel (ventilation - éclairage - etc...).

Enfin un effort plus particulier a été apporté aux opérations préliminaires

de décontamination des boucles, travaux qui f i nt appel à un service extérieur à

PEGASE.

Nous disposons sur place d'un groupe compresseur qui permet d'effectuer avec

notre personnel, si l'urgence le commande, un lavage de la boucle sous pression

d'eau, ce qui permet d'éliminer à peu près 80 % de la contamination existante.

La protection contre les projections peut être assurée par un voile en ma-

tière plastique que l'on déroule au-dessus du bassin.

Ces dispositifs se sont avérés très efficaces dans le cas d'interventions

locales très urgentes, ne nécessitant pas une décontamination totale de la boucle

(ce qui n'est le cas que pour les travaux de grosses modifications des boucles).

X.6. Conclusions

Nous voudrions simplement dégager quelques idées très générales, après

quatre années d'exploitation et d'entretien de ces boucles. Elles ne sont peut-être

vraiec que pour le contexte de PEGASE, mais elles peuvent aussi apporter quelques

données pour des problèmes similaires d'exploitation.

X.6.1 - Nombre de boucles

L'expérience prouve que les dispositifs d'irradiation sont" toujours très

complexes, délicats et presque toujours des prototypes. A PEGASE nous avons la chan-

ce d'avoir au moins deux petites "séries" (8 boucles EdF - 7 boucles EL). Pour les

8 postes d'irradiation (4 EdF + k KL) nous pensons qu'il faut disposer d'une réserve

de 20 à 40 % pour ne pas apporter de retards aux irradiations demandées, en régime

établi, c'est-à-dire pour tenir compte des travaux d'entretien et de réparations des

boucles, ainsi que des temps de refroidissement des charges. En cas de nombreux es-

sais courts, cette proportion doit être notablement augmentée.

X.6.2 - Recherches

En plus de ces boucles en réserve, immédiatement disponibles nous estimons

qu'il est nécessaire de disposer d'ensembles et de sous-ensembles complets de re-

change plutôt que de pièces -détachées.

- 115 -

Les durées de dépannage et d'intervention doivent être réduites au maximum

à cause du peu de personnel affecté à l'entretien, et du taux d'irradiation atteint

par ce personnel pendant l'exécution des travaux.

Ce n'est qu'après remplacement global de l'ensemble ou du sous-ensemble

qu'il faut, à notre avis, effectuer sur les pièces incriminées une décontamination

très poussée, puis les démontages et remises en état, avec l'aide éventuelle des

constructeurs.

Il faut donc s'attacher à avoir des ensembles facilement démontables (c'est

la raison qui nous fait rechercher des étanchéités par joints toriques et non par

brides soudées type Sarlum) et facilement décontafflinables (études des formes et des

matériaux utilisés).

X.6.3 - Installations et outillages

Ici, peut-être encore plus que partout ailleurs, il est indispensable d'étu-

dier des installations et des outillages très simples, et d'une mise en oeuvre fa-

cile.

Le temps est compté, et il est impératif que le personnel d'entretien ne le

perde pas à réfléchir sur le fonctionnement d'un chariot par exemple. Il faut donc

proscrire toute mécanique compLiquée.

X.6.4 - Le personnel d'intervention

Pour les mêmes raisons de gain de temps, il nous paraît indispensable d'avoir

un personnel très qualifié et connaissant bien les matériels.

L'exiguïté du bassin impose de toute façon de restreindre le nombre d'agents

qui interviennent en même temps sur la boucle.

Il importe que ce personnel travaille en équipe soudée et que les tâches

soient bien définies et bien af.'actées.