WO2002052222A1 - Procede et dispositif de mesure de l'epaisseur d'une couche d'oxyde sur la gaine de crayons dans un assemblage de combustible - Google Patents

Procede et dispositif de mesure de l'epaisseur d'une couche d'oxyde sur la gaine de crayons dans un assemblage de combustible Download PDF

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Jérôme PIGELET
Michel Pain
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Areva NP SAS
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    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/06—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness
    • G01B7/10—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance
    • G01B7/105—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness using magnetic means, e.g. by measuring change of reluctance for measuring thickness of coating
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/06—Devices or arrangements for monitoring or testing fuel or fuel elements outside the reactor core, e.g. for burn-up, for contamination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for measuring the thickness of an oxide layer on the rod sheath in a fuel assembly.
  • Fuel assemblies used in water-cooled and nuclear reactors are known . particularly in nuclear reactors cooled by pressurized water which include a bundle of cylindrical rods in parallel arrangements, held in a framework of the fuel assembly comprising grids-spacers. transverse holding rods distributed in an axial longitudinal direction of the beam.
  • the spacer grids are connected together by guide tubes.
  • the spacer grids, the guide tubes and the end fittings constitute the elements of the framework of the fuel assembly into which the fuel rods are introduced at the time of manufacture or of the repair of the assembly of fuel. combustible.
  • Each of the fuel assembly rods is constituted by an elongated tube made of zirconium alloy containing a stack of fuel pellets and closed at its ends by plugs.
  • the spacer grids comprise a regular network of cells for receiving the fuel rods, so that the rods are arranged in the bundle of the fuel assembly, in parallel rows and forming between them passage spaces each disposed between two rows of pencils.
  • Fuel assemblies are the subject of research and development which makes it possible to increase the life of the fuel in the nuclear reactor.
  • the lifetime of the fuel assemblies is dependent on the corrosion resistance of the zirconium alloy cladding of the rods, inside the nuclear reactor. - '
  • the rod cladding may undergo corrosion which results in the appearance of cracks and the release of fission products from the fuel in the cooling water of the nuclear reactor. It is then necessary to replace the leaking fuel assemblies as quickly as possible, which can only be done during a shutdown of the nuclear reactor, during which the assemblies to be replaced are transferred to a deactivation pool in a fuel building adjacent to the nuclear reactor building.
  • This measurement of the thickness of the oxide layer on the sheath of the rods can be carried out on the rods held inside the fuel assembly, using a method and a device as described for example in the French patent. FR-2656415.
  • the fuel assembly is suspended under water inside a swimming pool, generally inside the reactor deactivation pool and a device is used for the measurements. is carried by a manipulator such as a cross-motion table; the cross-motion table can itself be fixed on the upper part of an assembly transport cell of a descent of the deactivation pool. It is thus possible to move the measuring device along the entire length of the fuel assembly and to move a measuring device inside the fuel assembly, between any two successive spacer grids, starting from a side face of the fuel assembly which generally has a straight prismatic shape with square section.
  • a manipulator such as a cross-motion table
  • the cross-motion table can itself be fixed on the upper part of an assembly transport cell of a descent of the deactivation pool. It is thus possible to move the measuring device along the entire length of the fuel assembly and to move a measuring device inside the fuel assembly, between any two successive spacer grids, starting from a side face of the fuel assembly which generally has a straight prismatic shape with square section.
  • the measuring device comprises a flexible metal blade, called a saber, at the end of which is fixed an eddy current probe comprising a measuring winding and a reference winding.
  • the probe is moved using the saber, in each of the passage spaces between two rows of rods of the fuel assembly, so that an active part or measuring head of the eddy current probe comprising a part of contact in a wear-resistant material such as zirconia comes into contact, successively, with each of the rods of a row of pencils bordering the saber and probe passage space.
  • the reference winding remains in constant contact with a metal part of the measuring device having the electrical characteristics of a fuel rod cladding. The differential voltage between the measurement winding and the reference winding which constitutes the signal from the eddy current probe supplied with alternating current is measured.
  • An eddy current device which is connected by a cable to the probe attached to the end of the saber makes it possible to determine and display the components of the voltage signal in an X, Y impedance plane.
  • the components of the measured differential voltage are representative of the components of the complex impedance of the probe supplied with alternating current, this impedance depending on the coupling of the measurement winding of the probe, by means of the rods with which the winding of measurement comes into contact while the saber is moving.
  • the air gap between the probe and the sheath of the rods constituting the substrate on which the oxide layer is deposited - and therefore the impedance of the probe depends in particular on the oxide layer covering the sheath of the rods.
  • the measurement of the X and Y components of the differential voltage of the probe which are representative of the components of the impedance of the probe makes it possible to determine the thickness of the oxide layer from a calibration curve which can be obtained by passing the probe through tubes free of oxide and each covered by a plastic ring of a well defined thickness making it possible to simulate the presence of an oxide layer.
  • the measuring device comprises a standard holder on which are arranged, according to two rows intended to come in line with the rows of rods delimiting between them a space for passage of the probe in the fuel assembly, standard tubes of which at least one is free of oxide and makes it possible to carry out a measurement of reference and the others of which are covered by layers of oxide of variable thickness, for example ranging from a few micrometers to a little more than 100 ⁇ m.
  • the measurements made by the probe are collected and the variations of at least one of the components of the impedance are recorded in the impedance plane, in the form of a voltage, during the displacements of the probe, in a space between two rows of tubes.
  • the impedance values which are characteristic of the thickness of the oxide layer on each of the successive tubes of the row of tubes are assimilated to the minima of the impedance curve. From the calibration curve, the oxide thicknesses are determined and, by measuring the displacement of the probe between two minima of the curve, the distance between two successive rods is measured.
  • This method has a disadvantage in that the minima of the curve depend on the exact position of the probe relative to the lateral surface of the pencil sheaths, this position cannot be guaranteed very precisely because it depends on the deformation of a plating spring of the measuring head of the probe against the tubes which is variable during the displacement of the probe in contact with the tubes, in a forward direction and in a return direction.
  • the pencil sheaths of the fuel assemblies can be made of zirconium alloys of different compositions having substantially different electrical resistivities.
  • the fuel rod claddings can be made from an alloy containing chromium, tin and iron, such as a Zircaloy 2 or 4 or from an M5 alloy containing zirconium and niobium. 'The resistivities of these alloys are significantly different result in very important derivatives on the measured impedances, so that it is no longer possible to use a standard calibration curve for the intersect- thick- oxide sors.
  • the object of the invention is therefore to propose a method for measuring the thickness of an oxide layer on the rod cladding, in a fuel assembly, comprising a bundle of parallel rods between . maintained in a frame comprising cross grids for holding rods transversely distributed in a direction, axial of the beam, so that the rods are arranged in parallel rows and providing between them passage spaces arranged each between two rows of pencils, the measurement being carried out underwater and remotely, in a swimming pool, by displacement of an eddy current probe in at least one space between two rows of pencils, so that an active part or measuring head of the probe comes into contact with a generator of each rod, in one or other of the rows situated on either side of the passage space and by collection and processing of a signal from the probe corresponding to the '' at least one of the components of a voltage signal from the probe supplied with alternating current, in an impedance plane, to obtain values of the oxide thickness on the rods with which the a probe comes into contact, from a calibration curve updated with each passage of the probe in
  • the probe is moved along the entire length of the space between two rows of pencils and in its extension, so that the active part of the probe comes into contact with at least one of the two rows of pencils arranged on either side of the passage space and of standard tubes, in a forward direction and in a return direction opposite to the forward direction, - the signal from the probe is collected and transmitted in digital form to a computing unit comprising signal processing software and determining the thickness of the oxide layer,
  • the minima of the signal of the probe are determined during its movement in the passage space between the rows of rods, - the calibration curve is adjusted from the minimum values of the signal corresponding to the contact of the probe with rods standards with known oxide thicknesses, these minimum values in contact with the bes standards being checked as to their consistency, during the displacement of the probe in the forward direction and in the return direction,
  • the values of the thickness of the oxide layer corresponding to the minima of the signal are determined during the displacement of the probe in the passage space between the rows of rods, from the calibration curve,
  • the coherent thickness values of the oxide layer are recorded and displayed for each of the pencils.
  • the invention also relates to a measurement method applicable to any type of pencils, whatever the nature of the metallic material constituting the sheath of the pencil.
  • Figure 1 is a side elevational view of a measuring device for the implementation of the method according to the invention.
  • Figure 2 is a top view along 2 of Figure 1.
  • FIG. 3 is an enlarged top view of part of the device shown in Figure 2, during movement of the probe inside a space between two rows of rods of the fuel assembly.
  • FIG. 4A is a side view of the saber and of the measurement probe of the device according to the invention.
  • Figure 4B is a top view along B of Figure 4A.
  • FIG. 5 is a schematic view of the chain for processing the measurements carried out by the probe of the device according to the invention.
  • FIG. 6 is a curve representative of the signal measured during a displacement of the probe in a space between rows of rods.
  • FIG. 7 shows a calibration curve of the probe for measuring the thickness of an oxide layer on fuel rods.
  • FIG. 8 and FIG. 9 show, on the screen of an eddy current device, the signal of the probe during two phases of a process for compensating for the difference in material between pencils on which we are measuring an oxide layer.
  • a fuel assembly generally designated by the reference 1 which is suspended inside the deactivation pool 2 of a nuclear reactor, by means of its upper nozzle (not shown) attached to the sling of a lifting means. In this way, the fuel assembly 1 is suspended in a perfectly vertical position.
  • the fuel assembly comprises a framework constituted in particular by spacer grids 3 distributed along the length of the fuel assembly 1 in which the rods 4 of the fuel assembly are engaged so as to constitute a bundle in the- which rods are all parallel to each other and arranged in a regular square mesh network in the square section of the fuel assembly, as shown in Figure 2.
  • FIGS. 1 and 2 show a device for moving an eddy current measuring probe, generally designated by reference 5, which in particular comprises a table with crossed movements comprising a first element 5a or carriage, movable in a first horizontal direction y, parallel to a face of the fuel assembly 1 by which the saber 10 and the eddy current probe 8 are introduced to carry out the measurements and a second element 5b mounted mo- bile in a second horizontal direction x perpendicular to the direction y on the first element 5a, the direction x being perpendicular to the face of the fuel assembly 1 by which the saber 10 is introduced and there the eddy current probe 8.
  • a device for moving an eddy current measuring probe generally designated by reference 5
  • a table with crossed movements comprising a first element 5a or carriage, movable in a first horizontal direction y, parallel to a face of the fuel assembly 1 by which the saber 10 and the eddy current probe 8 are introduced to carry out the measurements and a second element 5b
  • the saber 10 constituted by a rectilinear metal blade, the thickness of which is less than the width of a passage space 12 between two rows of rods of the fuel assembly 1, is fixed in the x direction, on the second element 5b of the cross-motion table, so that the saber 10 and the eddy current probe 8 can be moved along the entire length of any space 12 between two rows of pencils, after placing the saber in alignment with the space between two rows of pencils between which the measurements are made, by displacement of the first element 5a of the cross table.
  • the first element 5a of the cross-movement table also carries, by means of a support, a camera 7 making it possible to transmit to a control and command post located above the level of the swimming pool, an image of the face of the fuel assembly through which the probe and the saber are introduced, in an area comprising the ends of the rows of tubes between which the probe is introduced.
  • the first element 5a of the cross-motion table 5 further comprises a calibration support 9 on which standard tubes 11 can be fixed, in arrangements parallel to the fuel rods 4 and in alignment with two successive rows of rods of fuel, the saber 10 being placed so as to be able to be introduced between the rows of standard tubes 11, before entering the space between the two rows of rods of the fuel assembly.
  • the calibration support 9 By moving and adjusting the position of the carriage .5a of the cross-motion table, in the y direction, the calibration support 9 can be placed opposite two rows of tubes 4 of the fuel assembly between which the saber 10 and the probe are moved. eddy currents 8 to make oxide layer thickness measurements on the pencils of at least one of the two rows. By moving the second element 5b of the table with crossed movements in the x direction, in one direction or the other, the saber 10 and the eddy current probe can be moved between the standard tubes 11, pufs- between the pencils 4 of the two rows of pencils.
  • Different safety devices are associated with the second element ⁇ b of the cross-motion table 5 carrying the saber 10 and, through it, the probe 8, to avoid damaging the fuel assembly, during movement and introduction of the saber. and the probe between the rows of pencils.
  • Such devices can be constituted by force limiters or by proximity detectors.
  • the carriage 5a of the cross-motion table is controlled in such a way that it can only move in its direction of movement y, when the saber 10 is in its entirety outside the fuel assembly.
  • the blade of the saber 10 which carries, at one of its ends, by means of a plating spring 13 in the form of a blade, the measuring head 8a of the eddy current probe 8 comprising the measuring coil, the reference coil 8b of the probe being placed on the end part of the saber 10, adjacent to the spring leaf 13 and to the measuring head 8a whose contact part with the tubes is made of a material having good wear resistance such as zirconia.
  • the measuring coil 8a and the reference coil 8b are connected by measuring wires 14 to a measuring cable 15 connected to the end part of the saber 10 by means of which the saber is fixed to the second element 5b of the cross-motion table.
  • the measurement cable 15 can be connected, via a connector 15a, to an eddy current apparatus 16, as can be seen in FIG. 5 which shows the measurement installation, schematically.
  • the measurement cable 15 makes it possible to transmit to the eddy current apparatus 16, when the eddy current probe 8 is supplied with alternating current, a differential voltage representative of the impedance of the measurement coil 8a of the probe to eddy currents 8.
  • the eddy current apparatus 16 makes it possible to determine the components of the impedance signal, from the voltage signal, in an impedance plane X, Y.
  • One of the components is chosen, generally the component X, ' which is transmitted to an analog / digital converter 17 then, in the form of a digital signal, to a computer 18 in which software for processing the voltage measurements and determining the thickness is loaded. the oxide layer on the surface of the fuel assembly rods.
  • the analog signal received from the probe by the eddy current apparatus 16 is displayed on a screen of the apparatus 16, in the form of its representation in the impedance plane X, Y.
  • the signal taken continuously from the probe is transmitted in digital form to the computer 18 which makes it possible to obtain a very large number of points of measurement in the longitudinal direction of the space between two rows of pencils.
  • the computer software 18 calculates in particular to choose the number of measurement points according to the row of tubes.
  • the representation of the digitized signal from the probe can be displayed on the screen of the computer 18 during scanning along the longitudinal direction of the row of tubes.
  • FIG. 6 we can see the image of the probe signal in digitized form, during a scanning operation of a row of tubes, with a very large number of measurement points during the displacement of the probe.
  • the software used by the computer 18 makes it possible to determine the minima 19 of the digitized signal which correspond to the minimum impedances of the eddy current probe, when the probe is in contact with the generator of a tube situated along a vertical plane delimiting the passage space between the rows of tubes.
  • the digital data relating to the minima measured on the curve are stored on the hard disk . 18a of the computer and can be subject, in addition to a display on the screen of the computer, -d'une printing on a printer 18b.
  • the position of the probe in the row of tubes is measured, using a position detector 20, so as to synchronize the input of data into the computer with. probe position data.
  • the signal is minimal, as shown in FIG. 6, on the contrary, when the probe is between two successive tubes, the impedance signal of the probe is maximum and can be very high, so that the maximum signal values are clipped at a given value, the value of the signals between the tubes of the row of tubes not being used for processing the measurements.
  • the eddy current probe is moved in the space between two rows of tubes, in a first direction or forward direction, away from the saber displacement device, then in a second direction or return direction, in returning to the saber movement device at the cross table.
  • Measurement points corresponding to the minima of the curve of the digitized signal are obtained, both on the outward and return path of the probe, for each of the tubes which can be identified by its position, using the measurements of the position detector. 20.
  • a preset calibration curve is cropped giving, as a function of the signal of the probe in miliivolts, the thickness of an oxide layer on a tubular envelope of a pencil or a standard.
  • the values of the probe signal in miliivolts are determined by analysis of the curve representative of the digitized signal obtained during the displacement of the probe in the forward direction and in the return direction between the standard tubes 11.
  • the consistency of the voltage measurements made on the outward and return path between the standard tubes 11 is checked, the difference in the signals going and in the return, for each of the standard tubes 11, being less than a specified limit. Generally, this limit is within the precision of the measurements.
  • the calibration values used correspond to the coherent values measured in contact with the standard tubes.
  • five standard tubes were used having respective perfectly known oxide thicknesses of 1 ⁇ m, 25 ⁇ m, 49 ⁇ m, 80 ⁇ m and 105 ⁇ m.
  • the values of the signal are measured in miliivolts at the outward and return of the probe, these values being able to be positive or negative and the coherent values of the measurements carried out on the standards are plotted on the calibration curve as represented on Figure 7.
  • the non-coherent values of the measurements are detected and signaled by a filter of the computer 18 which emits an alarm message, in the case of non-coherent measurements.
  • the transfer of the calibration points to the curve allows the polynomia type equation to be refined! of the calibration curve.
  • scanning is carried out on at least one row of fuel rods 4 delimiting the passage space 12 in which the probe, probe 8 and the saber 10 (see FIG. 3) are moved in the direction of travel and in the sense of return.
  • the probe 8 fixed to the end of the saber 10 is moved in the x direction, moving away from the insertion face of the probe in the fuel assembly and, in the direction on return, the probe 8 is brought back towards the introduction face of the fuel assembly opposite the device 5 for moving the probe to a cross-motion table.
  • the values of the thicknesses corresponding to the minima of the signal which have been measured during the outward and return movement of the probe are determined from the calibration curve.
  • the consistency of the thickness measurements on the outward and return journeys is checked and the values obtained for the same pencil are noted which deviate from each other by a value greater than a determined limit, for example in using a filter.
  • the values of the oxide layer thickness of the successive pencils of the row of pencils on which the measurements were made are recorded and possibly displayed.
  • the second element 5b of the cross table 5 is moved in the y direction, for example by a step, to place the saber and the eddy current probe as well as the calibration support 9, in alignment with a new space between two new rows of fuel assembly rods.
  • the movement of the carriage 5a of the cross-motion table can only be carried out when the saber and the probe are completely extracted from the fuel assembly.
  • a new series of measurements is then carried out on the tubes of a row of tubes bordering the new passage space in which the saber 10 and the eddy current probe 8 are moved.
  • the measurements along the new row of tubes are carried out after having carried out a new updating of the calibration curve by passing the probe in contact with the standard tubes 11 of the calibration support 9 placed in alignment with the new space of passage of the probe between the rows of fuel rods 4.
  • Measurements can be made at different levels along the vertical axial direction of the fuel assembly, between the spacer grids. Measurements can be made from each of the four faces of the fuel assembly 1, by rotating the fuel assembly about its axis, between a series of measurements from a first face and a series of measurements. from a second side of the fuel assembly.
  • Abnormal signal measurements also make it possible to determine the position of the guide tubes 21 of the fuel assembly (represented in FIG. 3).
  • the quality of the calibration is also checked, by determining the difference, in terms of oxide layer thickness, between the calibration points measured on the standard tubes and the corresponding points of the curve.
  • the sheaths of fuel assemblies pencils can be made into different grades of zirconium alloy whose electrical conductivity can be substantially different • ment. Because the calibration is carried out on tubes oxidized in the same shade of zirconium alloy, the measurements carried out on pencil sheaths made of different materials are not consistent. Various measurements were made using an eddy current probe, on standard tubes oxidized to different grades of zirconium alloy.
  • the signal of the eddy current probe is shown, in the plane X, Y, appearing on the screen of the eddy current device, when the signal of the current probe is transmitted.
  • of Foucault in contact with three standard tubes in a first grade of zirconium alloy and with three standard tubes in a second grade of zirconium alloy, the three standard tubes in the first grade of zirconium alloy and the three standard tubes in the second grade of zirconium alloy having different oxide thicknesses,.
  • three thicknesses of oxide of the standard tubes in the first shade being analogous to the three thicknesses of oxide of the standard tubes in the second shade of zirconium alloy.
  • the signals from the measuring probe are represented in the X-Y impedance plane and the oxide thicknesses are obtained by projection on the X axis.
  • the lines joining two points such as 23a and 23b, 24a and 24b, or 25a and 25b relating to identical oxide thicknesses and to different materials of the standard tubes are all parallel to each other and form, with the X axis, an angle ⁇ which is constant for each of the lines. 20 As shown in FIG. 9, it suffices to rotate the phase plane XY on the eddy current apparatus of an angel ⁇ to place the line segments 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b in a position parallel to the Y axis and perpendicular to the X axis.
  • the projections of the points relating to the identical oxide thicknesses for the two grades of zirconium alloy have the same projection on the X axis, which makes it possible to avoid recalibration in the event of a change of material. fuel rod sheaths.
  • measurements can be made at different heights depending on the fuel assembly, by moving the measuring device using a holder of the instrumentation.
  • the method and the device of the invention in particular make it possible to completely overcome the need for a precise determination of the position of the probe relative to the pencil, when measuring the thickness of the layer of oxide on the pencil sheath.
  • the successive minima of the digital signal of the probe are determined, during the displacement of the probe, in one direction and in the other, and the consistency of the measurements carried out on each of the pencils is checked. back and forth, fully automatically.
  • coherent measurements the deviation of which is less than the accuracy of the measurements, there and there, reliable and reproducible measurements of the thickness of the oxide layer of the rods are available.
  • the invention is not limited to the embodiment which has been described. It is thus possible to imagine other means of processing the signals from the measurement probe than those which have been described and other means for ensuring the consistency of the measurements from one pencil to the next pencil in a row of pencils or between the outward and return measurements than those described.

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Abstract

On déplace une tête de mesure (8a) de la sonde (8) suivant toute la longueur d'un espace (12) entre deux rangées de crayons (4) et dans son prolongement, au contact de l'une au moins de deux rangées de crayons (4) disposées de part et d'autre de l'espace de passage (12) et de tubes étalons, dans un sens aller et dans un sens retour opposé au sens aller. On recueille et on transmet le signal de la sonde sous forme numérique à une unité de calcul (18) comportant un logiciel de traitement du signal et de détermination de l'épaisseur d'une couche d'oxyde sur les surfaces extérieures des crayons (4). On détermine les minima du signal de la sonde (8) pendant son déplacement dans l'espace de passage entre les rangées de crayons (4). On ajuste une courbe d'étalonnage à partir de valeurs de minima du signal de la sonde au contact avec les crayons étalons. On détermine les valeurs d'épaisseur de la couche d'oxyde correspondant aux minima du signal, à partir de la courbe d'étalonnage. On vérifie la cohérence des valeurs d'épaisseur obtenues pour chacun des crayons de la rangée de crayons dans le sens aller et dans le sens retour du déplacement de la sonde (8) et on enregistre et on affiche les valeurs cohérentes d'épaisseur de la couche d'oxyde pour chacun des crayons (14).

Description

Procédé et dispositif de mesure de l'épaisseur d'une couche d'oxyde sur la gaine de crayons dans un assemblage de combustible.
L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure de l'épaisseur d'une couche d'oxyde sur la gaine de crayons dans un assemblage de combustible.
On connaît des assemblages de combustible utilisés dans les réac- teurs nucléaires refroidis par de l'eau et en. particulier dans les réacteurs nucléaires refroidis par de l'eau pressurisée qui comportent un faisceau de crayons de forme cylindrique dans des dispositions parallèles, maintenus dans une ossature de l'assemblage de combustible comprenant des grilles- entretoises. de maintien transversal des crayons réparties suivant une direc- tion longitudinale axiale du faisceau. Les grilles-entretoises sont reliées entre elles par des tubes-guides. Les grilles-entretoises, les tubes-guides et des embouts d'extrémité constituent les éléments de l'ossature de l'assemblage de combustible dans laquelle les crayons de combustible sont introduits au moment de la fabrication ou de la réfection de l'assemblage de combustible. Chacun des crayons de l'assemblage de combustible est constitué par un tube allongé en alliage de zirconium renfermant un empilement de pastilles de combustible et fermé à ses extrémités par des bouchons.
Les grilles-entretoises comportent un réseau régulier de cellules de réception des crayons de combustible, de telle sorte que les crayons soient disposés dans le faisceau de l'assemblage de combustible, suivant des rangées parallèles et ménageant entre elles des espaces de passage disposés chacun entre deux rangées de crayons.
Les assemblages de combustible sont l'objet de recherches et de développements qui permettent d'accroître la durée de vie du combustible dans le réacteur nucléaire. En particulier, la durée de vie des assemblages de combustible est tributaire de la tenue à la corrosion de la gaine en alliage de zirconium des crayons, à l'intérieur du réacteur nucléaire. - '
Dans certains cas, la gaine des crayons peut subir une corrosion qui se traduit par l'apparition de fissures et la libération de produits de fission du combustible dans l'eau de refroidissement du réacteur nucléaire. Jl est alors nécessaire de remplacer au plus vite les assemblages de combustible présentant des fuites, ce qui ne peut être fait que pendant un arrêt du réacteur nucléaire, au cours duquel on transfère les assemblages à remplacer dans une piscine de désactivation dans un bâtiment du combustible attenant au bâtiment du réacteur nucléaire.
De manière à suivre l'évolution de la corrosion des gaines des crayons et à améliorer la tenue à la corrosion, il est souhaitable de disposer de procédés et de dispositifs de mesure de l'épaisseur de la couche d'oxyde qui se forme sur la surface extérieure de la gaine des crayons et qui est représentative de la tenue à la corrosion du crayon, après un certain temps d'utilisation dans le réacteur nucléaire.
Cette mesure d'épaisseur de la couche d'oxyde sur la gaine des crayons peut être réalisée sur les crayons maintenus à l'intérieur de Pas- semblage de combustible, en utilisant un procédé et un dispositif tel que décrit par exemple dans le brevet français FR-2.656.415.
Pour mettre en œuvre le procédé de mesure, l'assemblage de combustible est suspendu sous eau à l'intérieur d'une piscine, généralement à l'intérieur de la piscine de désactivation du réacteur et on utilise, pour les mesures, un dispositif qui est porté par un manipulateur tel qu'une table à mouvements croisés ; la table à mouvements croisés peut être elle-même fixée sur la partie supérieure d'un alvéole de transport d'assemblages d'un descenseur de la piscine de désactivation. On peut ainsi déplacer le dispositif de mesure suivant toute la longueur de l'assemblage de combustible et réaliser le déplacement d'un dispositif de mesure à l'intérieur de l'assemblage de combustible, entre deux grilles-entretoises successives quelconques, à partir d'une face latérale de l'assemblage de combustible qui présente généralement une forme prisma- tique droite à section carrée.
Le dispositif de mesure comporte une lame souple métallique, appelée sabre, à l'extrémité de laquelle est fixée une sonde à courants de Foucault comportant un bobinage de mesure et un bobinage de référence. La sonde est déplacée à l'aide du sabre, dans chacun des espaces de passage entre deux rangées de crayons de l'assemblage de combustible, de manière qu'une partie active ou tête de mesure de la sonde à courants de Foucault comportant une partie de contact en un matériau résistant à l'usure tel que le zircone vienne en contact, successivement, avec chacun des crayons d'une rangée de crayons bordant l'espace de passage du sabre et de la sonde. Le bobinage de référence reste en contact constamment avec une partie métallique du dispositif de mesure présentant les caractéristiques électriques d'une gaine de crayon de combustible. On mesure la tension différentielle entre le bobinage de mesure et le bobinage de référence qui constitue le signal de la sonde à courants de Foucault alimentée en courant alternatif.
Un appareil à courants de Foucault qui est relié par un câble à la sonde fixée à l'extrémité du sabre permet de déterminer et d'afficher les composantes du signal de tension dans un plan d'impédance X, Y.
Les composantes de la tension différentielle mesurée sont représentatives des composantes de l'impédance complexe de la sonde alimentée en courant alternatif, cette impédance dépendant du couplage du bobinage de mesure de la sonde, par l'intermédiaire des crayons avec lesquels le bobi- nage de mesure vient en contact pendant le déplacement du sabre. L'entrefer entre la sonde et la gaine des crayons constituant le substrat sur lequel est déposée la couche d'oxyde -et donc l'impédance de la sonde dépendent en particulier de la couche d'oxyde recouvrant la gaine des crayons. La mesure des composantes X et Y de la tension différentielle de la sonde qui sont représentatives des composantes de l'impédance de la sonde, permet de déterminer l'épaisseur delà couche d'oxyde à partir d'une courbe d'étalonnage qui peut être obtenue en faisant passer la sonde sur des tubes exempts d'oxyde et recouverts chacun par une bague en matière plastique d'une épaisseur bien définie permettant de simuler la présence d'une couche d'oxyde.
Toutefois, la courbe d'étalonnage doit être réactualisée à chacune des mesures à l'intérieur d'un espace de passage entre deux "rangées de tubes. A cette fin, le dispositif de mesure comporte un porte-étalon sur lequel sont disposés, suivant deux rangées destinées à venir dans le prolongement des rangées de crayons délimitant entre elles un espace de passage de la sonde dans l'assemblage de combustible, des tubes étalons dont l'un au moins est exempt d'oxyde et permet de réaliser une mesure de référence et dont les autres sont recouverts par des couches d'oxyde d'épaisseur variable, par exemple allant de quelques micromètres à un peu plus de 100 μm.
Dans le cas du procédé et du dispositif suivant le brevet FR-
2.656.415, on recueille les mesures effectuées par la sonde et on enregistre les variations de l'une au moins des composantes de l'impédance, dans le plan d'impédance, sous la forme d'une tension, au cours des déplacements de la sonde, dans un espace entre deux rangées de tubes.
Les valeurs d'impédance qui sont caractéristiques de l'épaisseur de la couche d'oxyde sur chacun des tubes successifs de la rangée de tubes sont assimilées aux minima de la courbe d'impédance. A partir de la courbe d'étalonnage, on détermine les épaisseurs d'oxyde et, en mesurant le déplacement de la sonde entre deux minima de la courbe, on mesure la distance entre deux crayons successifs.
Ce procédé présente un inconvénient dans la mesure où les minima de la courbe dépendent de la position exacte de la sonde par rapport à la surface latérale des gaines de crayons, cette position ne pouvant être garantie de manière très précise du fait qu'elle dépend de la déformation d'un ressort de placage de la tête de mesure de la sonde contre les tubes qui est variable pendant le déplacement de la sonde au contact des tubes, dans un sens aller et dans un sens retour.
En outre, les gaines de crayons des assemblages de combustible peuvent être réalisées en des alliages de zirconium de compositions différentes présentant des resistivites électriques sensiblement différentes. Par exemple, les gaines de crayons de combustible peuvent être réalisées en un alliage renfermant du chrome, de l'étain et du fer, tel qu'un Zircaloy 2 ou 4 ou en un alliage M5 renfermant du zirconium et du niobium.'Les resistivites de ces alliages qui sont sensiblement différentes entraînent des dérivés très importantes quant aux impédances mesurées, de sorte qu'il n'est plus possible d'utiliser une courbe d'étalonnage standard pour déterminer- les épais- seurs d'oxyde.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de mesure de l'épaisseur d'une couche d'oxyde sur la gaine de crayons, dans un assemblage de combustible, comportant un faisceau de crayons parallèles entre. eux maintenus dans une ossature comprenant des grilles-entretoises de maintien transversal des crayons réparties suivant une direction, axiale du faisceau, de manière que les crayons soient disposés suivant des rangées parallèles et ménageant entre elles des espaces de passage disposés cha- cun entre deux rangées de crayons, la mesure étant effectuée sous eau et à distance, dans une piscine, par déplacement d'une sonde à courants de Foucault dans au moins un espace entre deux rangées de crayons, de manière qu'une partie active ou tête de mesure de la sonde entre en contact avec une génératrice de chaque crayon, dans l'une ou l'autre des rangées situées de part et d'autre de l'espace de passage et par recueil et traitement d'un signal de la sonde correspondant à l'une au moins des composantes d'un signal de tension de la sonde alimentée en courant alternatif, dans un plan d'impédance, pour obtenir des valeurs de l'épaisseur d'oxyde sur les crayons avec lesquels la sonde entre en contact, à partir d'une courbe d'étalonnage réactualisée à chaque passage de la sonde dans un espace entre deux rangées de crayons, ce procédé permettant de réaliser les mesures et leur exploitation de manière totalement automatique, avec une précision et une reproductibilité accrues. Dans ce but : - on déplace la sonde suivant toute la longueur de l'espace entre deux rangées de crayons et dans son prolongement, de manière que la partie active de la sonde vienne au contact d'une au moins des deux rangées de crayons disposées de part et d'autre de l'espace de passage et de tubes étalons, dans un sens aller et dans un sens retour opposé au sens aller, - on recueille et on transmet le signal de la sonde sous forme numérique à une unité de calcul comportant un logiciel de traitement du signal et de détermination d'épaisseur de la couche d'oxyde,
- on détermine les minima du signal de la sonde pendant son déplacement dans l'espace de passage entre les rangées de crayons, - on ajuste la courbe d'étalonnage à partir des valeurs de minima du signal correspondant au contact de la sonde avec des crayons étalons ayant des épaisseurs d'oxyde connues, ces valeurs de minima au contact des tu- bes étalons étant vérifiées quant à leur cohérence, pendant le déplacement de la sonde dans le sens aller et dans le sens retour,
- on détermine les valeurs de l'épaisseur de la couche d'oxyde correspondant aux minima du signal au cours du déplacement de la sonde dans l'espace de passage entre les rangées de crayons, à partir de la courbe d'étalonnage,
- on vérifie la cohérence des valeurs d'épaisseur obtenues pour chacun des crayons à l'intérieur de la rangée de crayons, et
- on enregistre et on affiche les valeurs cohérentes d'épaisseur de la couche d'oxyde, pour chacun des crayons.
L'invention est également relative à un procédé de mesure applicable à tout type de crayons, quelle que soit la nature du matériau métallique constituant la gaine du crayon.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire à titre d'exem- pie, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation de l'invention, dans le cas d'un assemblage de combustible d'un réacteur nucléaire à eau sous pression.
La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un dispositif de mesure pour la mise en œuvre du procédé suivant l'invention. La figure 2 est une vue de dessus suivant 2 de la figure 1.
La figure 3 est une vue de dessus à plus grande échelle d'une partie du dispositif représenté sur la figure 2, pendant un déplacement de la sonde à l'intérieur d'un espace entre deux rangées de crayons de l'assemblage de combustible. La figure 4A est une vue latérale du sabre et de la sonde de mesure du dispositif suivant l'invention.
La figure 4B est une vue de dessus suivant B de la figure 4A.
La figure 5 est une vue schématique de la chaîne de traitement des mesures effectuées par la sonde du dispositif suivant l'invention. La figure 6 est une courbe représentative du signal mesuré pendant un déplacement de la sonde dans un espace entre des rangées de crayons.
La figure 7 montre une courbe d'étalonnage de la sonde pour la mesure d'épaisseur d'une couche d'oxyde sur des crayons de combustible. La figure 8 et la figure 9 montrent, sur l'écran d'un appareil à courants de Foucault, le signal de la sonde au cours de deux phases d'un procédé de compensation de différence- de matière entre des crayons sur lesquels on mesure une couche d'oxyde. Sur la figure 1 , on voit un assemblage de combustible désigné de manière générale par le repère 1 qui est suspendu à l'intérieur de la piscine de désactivation 2 d'un réacteur nucléaire, par l'intermédiaire de son embout supérieur (non représenté) fixé à l'élingue d'un moyen de levage. De cette manière, l'assemblage de combustible 1 est suspendu dans une position parfaitement verticale.
L'assemblage de combustible comporte une ossature constituée en particulier par des grilles-entretoises 3 réparties suivant la longueur de l'assemblage de combustible 1 dans lesquelles sont engagés les crayons 4 de l'assemblage de combustible de manière à constituer un faisceau dans le- quel les crayons sont tous parallèles entre eux et disposés suivant un réseau régulier à mailles carrées dans la section de forme carrée de l'assemblage de combustible, comme il est visible sur la figure 2.
On a représenté, sur les figures 1 et 2, un dispositif de déplacement d'une sonde de mesure à courants de Foucault, désigné de manière géné- raie par le repère 5, qui comporte en particulier une table à mouvements croisés comportant un premier élément 5a ou chariot, mobile dans une première direction horizontale y, parallèle à une face de l'assemblage de combustible 1 par laquelle on introduit le sabre 10 et la sonde à courants de Foucault 8 pour effectuer les mesures et un second élément 5b monté mo- bile dans une seconde direction horizontale x perpendiculaire à la direction y sur le premier élément 5a, la direction x étant perpendiculaire à la face de l'assemblage de combustible 1 par laquelle on introduit le sabre 10 et là sonde à courants de Foucault 8.
Le sabre 10, constitué par une lame métallique rectiligne, .dont l'épaisseur est inférieure à la largeur d'un espace de passage 12 entre deux rangées de crayons de l'assemblage de combustible 1 , est fixé dans, la direction x, sur le second élément 5b de la table à mouvements croisés, de manière que le sabre 10 et la sonde à courants de Foucault 8 puissent être déplacés suivant toute la longueur d'un espace 12 quelconque entre deux rangées de crayons, après qu'on a placé le sabre dans l'alignement de l'espace entre deux rangées de crayons entre lesquelles on effectue les mesures, par déplacement du premier élément 5a de la table à mouvements croi- ses.
Le premier élément 5a de la table à mouvements croisés porte de plus, par l'intermédiaire d'un support, une caméra 7 permettant de transmettre à un poste de contrôle et de commande situé au-dessus du niveau de la piscine, une image de la face de l'assemblage de combustible par laquelle on introduit la sonde et le sabre, dans une zone comportant les extrémités des rangées de tubes entre lesquelles on introduit la sonde.
Le premier élément 5a de la table à mouvements croisés 5 comporte de plus un support d'étalonnage 9 sur lequel peuvent être fixés des tubes étalons 11 , dans des dispositions parallèles aux crayons de combustible 4 et dans l'alignement de deux rangées successives de crayons de combustible, le sabre 10 étant placé de manière à pouvoir être introduit entre les rangées de tubes étalons 11 , avant de pénétrer dans l'espace entre les deux rangées de crayons de l'assemblage de combustible.
Par déplacement et par ajustement de position du chariot .5a de la table à mouvements croisés, dans la direction y, on peut placer le support d'étalonnage 9 en vis-à-vis de deux rangées de tubes 4 de l'assemblage de combustible entre lesquelles on déplace le sabre 10 et la sonde à . courants de Foucault 8 pour réaliser des mesures d'épaisseur de couche d'oxyde sur les crayons de l'une au moins des deux rangées. Par déplacement du second élément 5b de la table .à mouvements croisés dans la direction x, dans un sens ou dans l'autre, on peut déplacer le sabre 10 et la sonde à courants de Foucault entre les tubes étalons 11 , pufs- entre les crayons 4 des deux rangées de crayons.
Différents dispositifs de sécurité sont associés au second élémentδb de la table à mouvements croisés 5 portant le sabre 10 et, par son intermédiaire, la sonde 8, pour éviter de détériorer l'assemblage de combustible, lors des déplacements et de l'introduction du sabre et de la sonde entre les rangées de crayons. De tels dispositifs peuvent être constitués par des limi- teurs d'effort ou par des détecteurs de proximité.
En outre, le chariot 5a de la table à mouvements croisés est commandé de manière telle qu'il ne puisse se déplacer dans sa direction de dé- placement y, que lorsque le sabre 10 se trouve dans sa totalité à l'extérieur de l'assemblage de combustible.
Sur la figure 4A et sur la figure 4B, on a représenté la .lame du sabre 10 qui porte, à l'une de ses extrémités, par l'intermédiaire d'un ressort de plaquage 13 en forme de lame, la tête de mesure 8a de la sonde à courants de Foucault 8 comportant la bobine de mesure, la bobine de référence 8b de la sonde étant placée sur la partie d'extrémité du sabre 10, de manière adjacente à la lame de ressort 13 et à la tête de mesure 8a dont la partie de contact avec les tubes est en un matériau ayant une bonne résistance à l'usure tel que la zircone. La bobine de mesure 8a et la bobine de référence 8b sont reliées par des fils de mesure 14 à un câble de mesure 15 relié à la partie d'extrémité du sabre 10 par l'intermédiaire de laquelle le sabre est fixé sur le second élément 5b de la table à mouvements croisés.
Le câble de mesure 15 peut être relié, par l'intermédiaire d'un con- necteur 15a, à un appareil à courants de Foucault 16, comme il est visible sur la figure 5 qui représente l'installation de mesure, de manière schématique.
Le câble de mesure 15 permet de transmettre à l'appareil à courants de Foucault 16, lorsque la sonde à courants de Foucault 8 est alimentée en courant alternatif, une tension différentielle représentative de l'impédance de la bobine de mesure 8a de la sonde à courants de Foucault 8.
L'appareil à courants de Foucault 16 permet de déterminer les composantes du signal d'impédance, à partir du signal de tension, dans un plan d'impédance X, Y. On choisit l'une des composantes, généralement la composante X,' qui est transmise à un convertisseur analogique/numérique 17 puis, sous forme d'un signal numérique, à un calculateur 18 dans lequel est chargé un logiciel de traitement des mesures de tension et de détermination de l'épais- seur de la couche d'oxyde sur la surface des crayons de l'assemblage de combustible.
Le signal analogique reçu de la sonde par l'appareil à courants de Foucault 16 est affiché sur un écran de l'appareil 16, sous la forme de sa représentation dans le plan d'impédance X, Y.
Au cours du déplacement de la sonde à courants de Foucault 8 dans un espace entre deux rangées de tubes 4, le signal prélevé en continu sur la sonde est transmis sous forme numérique au calculateur 18 qui permet d'obtenir un très grand nombre de points de mesure suivant la direction lon- gitudinale de l'espace entre deux rangées de crayons.
Le logiciel de calcul du calculateur 18 permet en particulier de choisir le nombre de points de mesure suivant la rangée de tubes.
On peut afficher sur l'écran du calculateur 18 la représentation du signal numérisé de la sonde au cours du balayage suivant la direction longitu- dinale de la rangée de tubes.
Sur la figure 6, on voit l'image du signal de la sonde sous forme numérisée, pendant une opération de balayage d'une rangée de tubes, avec un très grand nombre de points de mesure pendant le déplacement de la sonde. Le logiciel utilisé par le calculateur 18 permet de déterminer les minima 19 du signal numérisé qui correspondent aux impédances minimales de la sonde à courants de Foucault, lorsque la sonde est en contact avec la génératrice d'un tube située suivant un plan vertical délimitant l'espace de passage entre les rangées de tubes . Les données numériques concernant les minima mesurés sur la courbe sont mémorisées sur le disque dur .18a du calculateur et peuvent faire l'objet, en plus d'un affichage sur l'écran du calculateur, -d'une impression sur une imprimante 18b.
Pendant le déplacement de la sonde, on mesure la position de la sonde dans la rangée de tubes, à l'aide d'un détecteur de position 20, de manière à synchroniser l'entrée des données dans le calculateur avec des. données relatives à la position de la sonde. Lorsque la sonde vient en contact avec un tube suivant sa génératrice de contact, le signai est minimal, comme représenté sur la figure 6, au contraire, lorsque la sonde se trouve entre deux tubes successifs, le signal d'impédance de la sonde est maximal et peut être très élevé, de sorte qu'on écrête les valeurs maximales du signal à une valeur donnée, la valeur des signaux entre les tubes de la rangée de tubes n'étant pas utilisée pour le traitement des mesures.
On réalise un déplacement de la sonde à courants de Foucault dans l'espace entre deux rangées de tubes, dans un premier sens ou sens aller, en s'éloignant du dispositif de déplacement du sabre, puis dans un second sens ou sens retour, en revenant vers le dispositif de déplacement du sabre à table à mouvements croisés.
On obtient des points de mesure correspondant aux minima de la courbe du signal numérisé, aussi bien à l'aller qu'au retour de la sonde, pour chacun des tubes qui peut être identifié par sa position, en utilisant les mesures du détecteur de position 20.
Préalablement au balayage de la rangée de tubes, d'un côté au moins de l'espace de circulation du sabre et de la sonde, on effectue un recadrage d'une courbe d'étalonnage pré-établie donnant, en fonction du signal de la sonde en miliivolts, l'épaisseur d'une couche d'oxyde sur une enveloppe tu- bulaire d'un crayon ou d'un étalon.
Une telle courbe est représentée sur la figure 7, l'équation de la courbe étant de forme polynomiale et de degré 2.
L'équation de la courbe d'étalonnage qui a été déterminée préalable- ment est réajustée par un passage aller et un passage retour de la sonde 8 entre les tubes étalons 11 portés par le support d'étalonnage 9.
Les valeurs du signal de la sonde en miliivolts sont déterminées par analyse de la courbe représentative du signal numérisé obtenu pendant le déplacement de la sonde dans le sens aller et dans le sens retour entre les tubes étalons 11.
On effectue un contrôle de la cohérence des mesures de tension réalisées à l'aller et au retour entre les tubes étalons 11 , l'écart des signaux à l'aller et au retour, pour chacun des tubes étalons 11 devant être inférieur à une limite déterminée. Généralement, cette limite se situe dans la marge de précision des mesures.
Les valeurs d'étalonnage retenues correspondent aux valeurs cohérentes mesurées au contact des tubes étalons. Par exemple, dans un mode de réalisation du procédé de l'invention, on a utilisé cinq tubes étalons présentant des épaisseurs d'oxyde respectives parfaitement connues de 1 μm, 25 μm, 49 μm, 80 μm et 105 μm.
On mesure les valeurs du signal en miliivolts à l'aller et au retour de la sonde, ces valeurs pouvant être positives ou négatives et on reporte les va- leurs cohérentes des mesures effectuées sur les étalons sur la courbe d'étalonnage telle que représentée sur la figure 7.
Les valeurs non cohérentes des mesures sont détectées et signalées par un filtre du calculateur 18 qui émet un message d'alarme, dans le cas de mesures non cohérentes. Le report des points d'étalonnage sur la courbe (voir figure 7) permet d'affiner l'équation de type polynomia! de la courbe d'étalonnage.
On effectue ensuite le balayage d'au moins une rangée de crayons de ' combustible 4 délimitant l'espace de passage 12 dans lequel on déplace la, sonde 8 et le sabre 10 (voir figure 3) dans le sens de l'aller et dans le sens du retour. Dans le sens de l'aller, la sonde 8 fixée à l'extrémité du sabre 10 est déplacée dans la direction x, en s'éloignant de la face d'introduction de la sonde dans l'assemblage de combustible et, dans le sens du retour, la sonde 8 est ramenée vers la face d'introduction de l'assemblage de combustible en vis-à-vis du dispositif 5 de déplacement de la sonde à table à mouvements croisés.
On détermine, à partir de la courbe d'étalonnage, les valeurs des épaisseurs correspondant aux minima du signal qui ont été mesurés au cours du déplacement aller et du déplacement retour de la sonde.
On vérifie la cohérence des mesures d'épaisseur à l'aller et au retour et on signale les valeurs obtenues pour un même crayon qui s'écartent l'une de l'autre d'une valeur supérieure à une limite déterminée, par exemple en utilisant un filtre. On obtient ainsi des valeurs cohérentes des mesures sur chacun des crayons ; les positions, suivant la hauteur de l'assemblage de combustible, des zones de mesures sont déterminées de manière à être associés aux mesures d'épaisseur d'oxyde. On enregistre et on affiche éventuellement les valeurs d'épaisseur de couche d'oxyde des crayons successifs de la rangée de crayons sur laquelle on a effectué les mesures.
Après avoir effectué une mesure suivant toute la longueur d'une rangée à l'intérieur d'un espace entre deux rangées de crayons, on déplace le second élément 5b de la table à mouvements croisés 5 dans la direction y, par exemple d'un pas, pour placer le sabre et la sonde à courants de Foucault ainsi que le support d'étalonnage 9, dans l'alignement d'un nouvel espace entre deux nouvelles rangées de crayons de l'assemblage de combustible. Comme indiqué plus haut, le déplacement du chariot 5a de la table à mouvements croisés ne peut être effectué que lorsque le sabre et la sonde sont totalement extraits de l'assemblage de combustible.
On effectue alors une nouvelle série de mesures sur les tubes d'une rangée de tubes bordant le nouvel espace de passage dans lequel on dé- place le sabre 10 et la sonde à courants de Foucault 8.
Les mesures le long de la nouvelle rangée de tubes sont effectuées après avoir réalisé une nouvelle actualisation de la courbe d'étalonnage par passage de la sonde au contact des tubes étalons 11 du support d'étalonnage 9 placé dans l'alignement du nouvel espace de passage de la sonde entre les rangées de crayons de combustible 4.
On peut ainsi effectuer des mesures, sur chacune des rangées parallèles de tubes de l'assemblage de combustible accessible depuis la face de l'assemblage de combustible 1 dirigée vers le dispositif à table à mouvements croisés 5 permettant de déplacer la sonde 8 dans la direction X des rangées de tubes.
On peut effectuer des mesures à différents niveaux suivant la direction axiale verticale de l'assemblage de combustible, entre les grilles- entretoises. On peut effectuer des mesures à partir de chacune des quatre faces de l'assemblage de combustible 1 , en faisant tourner l'assemblage de combustible autour de son axe, entre une série de mesures à partir d'une première face et une série de mesures à partir d'une seconde face de l'assem- blage de combustible.
On peut ainsi mesurer les épaisseurs d'oxyde sur chacun des crayons de l'assemblage de combustible et suivant quatre génératrices du crayon disposées dans des plans axiaux du crayon perpendiculaires entre eux et parallèles aux faces de l'assemblage de combustible. Dans tous les cas, on vérifie la cohérence des mesures à l'aller et au retour de la sonde dans l'espace de passage entre les rangées de crayons et entre les crayons voisins suivant une rangée de crayons. Pour cela, on calcule les différences entre les épaisseurs de la couche d'oxyde obtenues à
' l'aller et au retour de la sonde pour un même crayon et sur des crayons voi- sins de la rangée de crayons et on compare les différences obtenues à une valeur limite qui est généralement de l'ordre de la précision des mesures.
Des mesures de signaux anormaux permettent également de déterminer la position des tubes-guides 21 de l'assemblage de combustible (représentés sur la figure 3). On effectue également le contrôle de la qualité de l'étalonnage, en déterminant l'écart, en terme d'épaisseur de couche d'oxyde, entre les points d'étalonnage mesurés sur les tubes étalons et les points correspondants de la courbe d'étalonnage obtenus par interpolation polynomiâle, par exemple d'ordre 2, c'est-à-dire en utilisant l'équation de la courbe sous forme d'un polynôme d'ordre 2.
Comme il a été indiqué plus haut, les gaines des crayons des assemblages de combustible peuvent être réalisées en différentes nuances d'alliage de zirconium dont les conductivités électriques peuvent être sensible- • ment différentes. Du fait que l'étalonnage est réalisé sur des tubes oxydés en une même nuance d'alliage de zirconium, les mesures effectuées sur des gaines de crayons en des matériaux différents ne sont pas cohérentes. On a effectué différentes mesures à l'aide d'une sonde à courants de Foucault, sur des tubes étalons oxydés en des nuances d'alliage de zirconium différentes.
Pour chacune des nuances d'alliage de zirconium, on a utilisé plu-' sieurs tubes étalons présentant plusieurs épaisseurs d'oxyde, les épaisseurs d'oxyde sur les tubes étalons en chacune des nuances étant choisies dans un même ensemble de valeurs d'épaisseur d'oxyde.
On a tracé des courbes donnant l'amplitude du signal de la sonde à courants de Foucault en miliivolts en fonction de l'épaisseur d'oxyde des tu- bes étalons. Pour les différents alliages utilisés pour les tubes étalons on obtient des courbes parallèles entre elles.
Le passage d'une nuance à une autre se traduit donc uniquement par un décalage linéaire qu'il est possible de compenser sur les signaux fournis par la sonde à courants de Foucault en contact avec des tubes en des allia- ges de zirconium différents.
Sur la figure 8, on a représenté le signal de la sonde à courants de Foucault, dans le plan X, Y, apparaissant sur l'écran de l'appareil à courants de Foucault, lorsqu'on transmet le signal de la sonde à courants de Foucault en contact avec trois tubes, étalons en une première nuance d'alliage de zir- conium et avec trois tubes étalons en une seconde nuance d'alliage de zirconium, les trois tubes étalons en la première nuance d'alliage de zirconium et les trois tubes étalons en la seconde nuance d'alliage de zirconium présentant des épaisseurs d'oxyde différentes, les. trois épaisseurs d'oxyde des tubes étalons en la première nuance étant analogues aux trois épaisseurs d'oxyde des tubes étalons en la seconde nuance d'alliage de zirconium.
Sur la courbe 22a, on a représenté les points 23a, 24a et 25a relatifs aux mesures sur les tubes étalons en la première nuance d'alliage de zirconium présentant les trois épaisseurs différentes.
Sur la courbe 22b, on a -représenté les points 23b, 24b et 25b corres- pondant aux signaux de mesure de la sonde en contact avec les trois tubes en la seconde nuance d'alliage de zirconium présentant les trois épaisseurs différentes mais analogues aux épaisseurs des tubes étalons ayant donné les points de mesure respectifs 23a, 24a et 25a sur les tubes étalons en la première nuance d'alliage de zirconium.
Les signaux de la sonde de mesure sont représentés dans le plan d'impédance X-Y et les épaisseurs d'oxyde sont obtenues par projection sur 5 l'axe des X.
On peut remarquer que les projections sur l'axe des X des points tels que 23a et 23b ou 24a et 24b ou encore 25a et 25b obtenus pour dés nuances différentes mais pour des épaisseurs d'oxyde identiques sont différentes. On obtient des représentations différentes de l'épaisseur d'oxyde pour 10 les deux nuances différentes en alliage de zirconium. Il est donc nécessaire d'effectuer un étalonnage pour chacune des matières, ce qui présente des inconvénients.
On peut également utiliser des tubes d'étalonnage en des matières différentes et, dans ce cas, on trace les courbes relatives aux points d'éta- 15 lonnage tels que représentés sur la figure 8.
Les droites joignant deux points tels que 23a et 23b, 24a et 24b, ou 25a et 25b relatifs à des épaisseurs d'oxyde identiques et à des matières différentes des tubes étalons sont toutes parallèles entre elles et font, avec l'axe des X, un angle θ qui est constant pour chacune des droites. 20 Comme représenté sur la figure 9, il suffit de faire tourner le plan de phase X-Y sur l'appareil à courants de Foucault d'un ange θ pour placer les segments de droites 23a, 23b, 24a, 24b, 25a, 25b dans une position parallèle à l'axe des Y et perpendiculaire à l'axe des X.
Dans ce cas, les projections des points relatifs aux épaisseurs 25 d'oxydé identiques pour les deux nuances d'alliage de zirconium ont une même projection sur l'axe des X, ce qui permet d'éviter un réétalonnage en cas de changement de matière des gaines des crayons de combustible.
En pratique, on utilisera au moins deux tubes étalons en des matières
. 'différentes non oxydés placés sur le support d'étalonnage pour obtenir diffé-
-30 rents points de mesure dans le plan d'impédance X-Y, puis on fera tourner le plan de phase d'un angle suffisant pour aligner les points de mesure relatifs
. aux différentes nuances d'alliage de zirconium avec la perpendiculaire à l'axe X du plan de phase. . Le procédé et le dispositif suivant l'invention permettent donc de réaliser des mesures précises et reproductibles sur les crayons d'un assemblage de combustible, quel que soit le matériau constituant la gaine du crayon.
Bien entendu, des mesures peuvent être effectuées à différentes hauteurs suivant l'assemblage de combustible, en déplaçant le dispositif de mesure à l'aide d'un porteur de l'instrumentation.
Le procédé et le dispositif de l'invention permettent en particulier de s'affranchir totalement de la nécessité d'une détermination précise de la position de la sonde par rapport au crayon, au moment de la mesure de l'épaisseur de la couche d'oxyde sur la gaine du crayon. En effet, selon l'invention, on détermine les minima successifs du signal numérisé de la sonde, pendant le déplacement de la sonde, dans un sens et dans l'autre et on vérifie la cohérence des mesures effectuées sur chacun des crayons à l'aller et au retour, de manière totalement automatique. Dans le cas de mesures co- hérentes dont l'écart est inférieur à la précision des mesures, à l'aller et au retour, on dispose de mesures fiables et reproductibles de l'épaisseur de la couche d'oxyde des crayons.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer d'autres moyens de traitement des signaux de la sonde de mesure que ceux qui ont été décrits et d'autres moyens pour assurer la cohérence des mesures d'un crayon au crayon suivant dans une rangée de crayons ou entre les mesures à l'aller et au retour que ceux qui ont été décrits.
On peut également imaginer l'utilisation de logiciels de type différent pour réaliser le traitement des mesures.

Claims

REVENDICATIONS 1.- Procédé de mesure de l'épaisseur d'une couche d'oxyde sur la gaine de crayons (4) dans un assemblage de combustible (1), comportant un faisceau de crayons (4) parallèles entre eux, maintenus dans une ossa- ture comprenant des grilles-entretoises (3) de maintien transversal des crayons (4) réparties suivant une direction axiale du faisceau, de manière que les crayons (4) soient disposés suivant des rangées parallèles et ménageant entre elles des espaces de passage (12) disposés chacun entre deux rangées de crayons (4), la mesure étant effectuée sous eau, et à distance, dans une piscine (2), par déplacement d'une sonde à courants de Foucault (8) dans au moins un espace (12) entre deux rangées de crayons, de manière qu'une partie active ou tête de mesure de la sonde (8) entre en contact avec une génératrice de chaque crayon (4) dans l'une ou l'autre des rangées situées de part et d'autre de l'espace de passage (12) et par recueil et trai- tement d'un signal de la sonde (8) correspondant à l'une au moins des composantes (X, Y) d'un signal de tension de la sonde (8) alimentée en courant alternatif, dans un plan d'impédance, pour obtenir des valeurs de l'épaisseur d'oxyde sur les crayons (4) avec lesquelles la sonde (8) entre en contact, à partir d'une courbe d'étalonnage réactualisée à chaque passage de la sonde (8) dans un espace (12) entre deux rangées de crayons (4), caractérisé par le fait :
- qu'on déplace la sonde (8) suivant toute la longueur de l'espace (12) entre deux rangées de crayons (4) et dans, son prolongement de manière que la partie active de la sonde (8) vienne au contact d'une au moins des deux rangées de crayons disposées de part et d'autre de l'espace de passage (12) et de tubes étalons (11), dans un sens aller et dans un sens retour " ' opposé au sens aller,
- qu'on recueille et qu'on transmet le signal de la sonde sous forme numérique à une unité de calcul (18) comportant un logiciel de traitement du . . signal et de détermination d'épaisseur de couche d'oxyde,
- qu'on détermine les minima du signal de la sonde (8) pendant son - . déplacement dans l'espace de passage entre les rangées de crayons (4), - qu'on ajuste la courbe d'étalonnage à partir de valeurs de minima du signal correspondant au contact de. la sonde (8) avec des crayons étalons (11 ) ayant des épaisseurs d'oxyde connues, ces valeurs de minima au contact des tubes étalons (11) étant vérifiées quant à leur cohérence, pendant le déplacement de la sonde (8) dans le sens aller et dans le sens retour,
- qu'on détermine les valeurs d'épaisseur de la couche d'oxyde correspondant aux minima du signal au cours du déplacement de la sonde dans l'espace de passage (12) entre les rangées de crayons (4) à partir de la courbe d'étalonnage, - qu'on vérifie la cohérence des valeurs d'épaisseur obtenues pour chacun des crayons (4) à l'intérieur de la rangée de crayons, et
- qu'on enregistre et qu'on affiche les valeurs cohérentes d'épaisseur de la couche d'oxyde pour chacun des crayons (4).
2.- Procédé suivant la revendication 1 , caractérisé par le fait qu'on vé- rifie la cohérence des valeurs d'épaisseur obtenues pour chacun des crayons (4) d'une rangée de crayons en comparant les différences d'épaisseur obtenues à l'aller et au retour de la sonde et pour des crayons voisins, avec une valeur limite qui est généralement de l'ordre de la précision des mesures.
3.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on contrôle la qualité de l'étalonnage, en calculant l'écart, en terme d'épaisseur de couche d'oxyde, entre les points d'étalonnage des tubes étalons (11 ) et les points correspondant de la courbe d'étalonnage déterminés par interpolation polynomiale.
4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on déplace la sonde (8) au contact d'au moins deux tubes étalons (11 ) en des matériaux présentant des resistivites électriques sensiblement différentes, qu'on recueille les signaux correspondants de la sonde sur un appareil de mesure à courants de Foucault (16) comportant des moyens de calcul et d'affichage du signal de la sonde (8) dans un plan d'impédance (X, Y) et qu'on fait tourner le plan d'impédance (X, Y) pour placer les points correspondants aux tubes étalons (11) en des matériaux diffé- rents sur une même perpendiculaire à l'un des axes (X) du plan d'impédance (X, Y).
5.- Dispositif de mesure de l'épaisseur d'une couche d'oxyde sur la gaine de crayons (4) dans un assemblage de combustible (1), comportant un faisceau de crayons (4) parallèles entre eux, maintenus dans une ossature comprenant des grilles-entretoises (3) de maintien transversal des crayons (4) réparties suivant une direction axiale du faisceau, de manière que les crayons (4) soient disposés suivant des rangées parallèles et ménageant entre elles des espaces de passage (12) disposés chacun entre deux rangées de crayons, le dispositif comportant une lame métallique ou sabre (10) portant, à une première extrémité longitudinale, une sonde à courants de Foucault (8) et fixé, par une seconde extrémité longitudinale opposée, à un élément (5a) d'un moyen (5) de déplacement du sabre (10) et de la sonde (8) dans au moins deux directions d'un plan horizontal, un appareil à courants de Foucault (16) relié à la sonde (8) pour le recueil et le traitement du signal de la sonde (8), sous forme de ses composantes (X, Y) dans un plan d'impédance, lors de déplacements de la sonde (8) en contact avec la gaine des crayons combustible (4) de l'assemblage de combustible (1), caractérisé par le fait qu'il comporte de plus un calculateur (18) relié à l'appareil à courants de Foucault (16) pour recevoir sous forme numérique au moins une des composantes (X, Y) du signal de la sonde (8) comprenant un logiciel de traitement de l'une au moins des composantes (X, Y) des signaux sous forme numérique, pour déterminer les minima de la composante du signal numérique de la sonde (8), pendant un déplacement de la sonde (8) dans un espace (12) entre deux rangées de crayons combustibles (4), pour réactualiser une courbe d'étalonnage donnant une épaisseur d'oxyde sur les
" gaines de crayons (4) en fonction de la composante numérisée du signal de la sonde, sous forme d'une tension, à partir du signal de la sonde (8) au contact de crayons étalons (11 ), dans un sens aller et dans un sens retour, et dé comparaison des valeurs de la composante du signal de la sonde (8) ou de valeurs d'épaisseur, au cours du déplacement aller et du déplacement retour de la sonde (8) au contact de crayons (4), à l'intérieur du passage (12) entre les rangées de crayons (4) et au contact des tubes étalons.
6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la sonde à courants de Foucault (8) comporte une tête de mesure comportant un bobinage de mesure (8a) fixé par l'intermédiaire d'un dispositif élastique (13) à la première partie d'extrémité de la lame métallique (10) et un bobi- nage de référence (8b) fixé sur la première partie d'extrémité de la lame métallique (10) dans une position adjacente par rapport au bobinage de mesure (8a).
7.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que les tubes étalons (11) sont fixés sur un porte-étalon (9) solidaire d'un élément (5b) des moyens de déplacement de la sonde à courants de Foucault (8) et de la lame métallique (10), de manière que les tubes étalons (11) puissent être placés dans l'alignement de deux rangées de crayons combustibles (4) de l'assemblage de combustible (1) entre lesquels est situé un espace de passage (12) suivant lequel on déplace la sonde à courants de Foucault (8), au moins deux tubes étalons (11) fixés sur le porte étalon (9) étant réalisés en des matériaux différents présentant des resistivites électriques sensiblement différentes.
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