EXPLOITATION LU REACTEUR GENERALITES
1 . Le réacteur a été exploité en fonction des exigences d'un vaste et astreignant programme d'irradiation. Son comportement a été tout
à fait satisfaisant. De nouvelles et importantes installations y ont été aménagées pour mesurer la libération et le dépôt des produits de fission et pour déterminer la concentration des impuretés. Tout au long de l'année, le réacteur a été utilisé au total pendant 53 % du temps malgré deux
pé-riodes d'Interruption , la première,d'une durée de 26 jours, consacrée au renouvellement du combustible et la seconde, d'une durée de 97 jours,
con-sacrée à l'aménagement des nouvelles installations de mesure.
2. Une importante série d'expériences est venue s'ajouter au programme d'irradiation ; elle avait pour objet d'étudier la corrosion du
graphite dans un environnement contenant de la vapeur d'eau et de l'hydro-gène à des concentrations anormalement élevées. Chacun des trois coeurs irradiés au cours de l'année a comporté un élément de cette série. Outre l'irradiation d'un grand nombre d'éléments contenant des aiguilles de combustible conçues et fabriquées par le Projet Dragon et par ses divers contractants, le programme comportait l'essai d'un nouveau type de préci-pitateur qui permettrait de détecter les défaillances d'éléments de com-bustible dans les réacteurs à haute température commerciaux et d'y suivre la corrosion de leurs constituants par les gaz de refroidissement.
3« Jusqu'à présent, on n'a constaté aucune défaillance dans les pastilles ni dans les barreaux de combustible, bien que ces éléments soient
soumis dans le réacteur Dragon à des conditions plus sévères que celles qui sont normalement prévues dans les réacteurs de puissance de type com-mercial (nous pensons, par exemple, à la température du fluide de refroi-dissement, à la température du combustible et à la densité de puissance dans le coeur). Les niveaux de radioactivité dans le circuit primaire ont
été stables et sont en accord avec les prévisions établies à partir des résultats de mesures avant irradiation. Au cours de l'année, la radio-activité a dépassé le niveau habituel en deux occasions, la première fois à cause des hautes teneurs en uranium exposé dans le combustible du
coeur 1 de la charge IV et la seconde à cause d'une insuffisance de drai-nage d'un élément expérimental de la série métallurgique.
4. On a étudié les moyens de contrôler le réacteur dans son en-semble au cours d'un cycle de puissance en effectuant 10 cycles expérimen-taux à des puissances comprises entre 10-50 % et 100 % de la pleine puissance.
Actuellement, on cherche plutôt les moyens de soumettre individuellement les éléments à de pareils cycles puisque la plupart des expériences doi-vent se dérouler dans des conditions de flux stables.
23
-Tableau 1
Constitutions des coeurs 8. et 9 de la charge III. et du coeur 1 de 1A-?haï£e__IV_
Charge III - Coeur 8 Charge III - Coeur 9 Charge I V - Coeur 1B
Dénomi- Organis- Type 'Position Temps d'ir-lation me de pa- d'élé- dans le radiation de l'ex- tronage ment coeur à la fin
5- On est arrivé à améliorer le facteur de forme axiale du com-bustible expérimental en modifiant légèrement la manoeuvre des barres de réglage qui sont disposées en anneau autour du coeur ; on a trouvé qu'il est plus avantageux d'insérer complètement un petit nombre de barres tout en gardant les autres presque totalement relevées au lieu de les abaisser toutes simultanément à un même niveau, comme on le faisait auparavant.
6. Les défaillances de fonctionnement observées pendant cette année ont toutes été relativement mineures. La plus ennuyeuse a été une légère fuite d'hélium à partir du circuit primaire qui s'est manifestée pendant une courte durée, une demi-heure environ après chaque arrêt du réacteur. On a fini par la localiser au niveau d'un échangeur de chaleur principal, dans une bride dont les boulons s'étaient desserrés durant le fonctionnement du réacteur. Parmi les autres défauts qui valent la peine d'être relevés, on peut citer une panne de la génératrice de courant con-tinu d'un groupe à fréquence variable, due à une rupture de palier, et une fuite dans un des échangeurs de chaleur du circuit secondaire.
IRRADIATION DE LA TROISIEME ET DE LA QUATRIEME CHARGE Configuration_ du coeur et types d'éléments de combustible
7* On trouvera au Tableau 1 la liste des éléments de combustible du coeur et des expériences auxquelles ils se réfèrent. Au début de 1'année, le réacteur était exploité à une puissance de 20 MW avec le coeur 8 de la
charge III. L'irradiation de ce coeur s'est achevée le 25 mai, après une dose d'irradiation s'élevant à 1.203 MWj, des défaillances instrumentales n'ayant entraîné que quelques interruptions mineures.
8. Les nouveaux éléments enfournés avec le coeur 9 comprenaient trois éléments à sept barreaux de combustible d'entraînement hautement enrichi, six nouveaux faisceaux de combustible d'entraînement et des élé-ments de l'expérience "Chimie II" destinés à étudier la corrosion.
9. Le 20 juin, le réacteur a été porté à 7 MW. Après trois jours de fonctionnement à cette puissance, on a déterminé par exploration gamma, sur quatre des nouveaux éléments amenés dans la glissière de déchargement, les distributions de flux correspondant à une disposition donnée des barres de réglage. Les éléments ont ensuite été rechargés dans le réacteur pour y être irradiés à nouveau pendant trois jours à une puissance de 20 MW, mais avec une autre disposition des barres de réglage. On a pu ainsi étu-dier les effets de cette modification en remesurant ces mêmes quatre élé-ments. On a profité de cette occasion pour remplacer, sur un des éléments, une douille de support défectueuse, ce qui a amené à travailler sur la
cellule de gainage. Le 18 juillet, le réacteur a atteint un régime de puissance stable. A part quelques perturbations de courte diu"ée, son ex-ploitation à 20 MW s'est poursuivie d'une façon continue jusqu'au 26
sep-tembre, soumettant ainsi le coeur 9 de la charge III à une irradiation de 77 jours.
10. Ensuite, l'installation de nouveaux appareillages a nécessité une longue interruption jusqu'au 31 décembre, mais il a fallu attendre
jusqu'au 28 janvier pour reprendre l'exploitation du réacteur à un régime stable de 20 MW. Ces retards ont pu être imputés à des causes variées : des difficultés soulevées par l'exploration gamma d'un nouveau type d'élé-ments de combustible, le démontage d'un élément dont la vanne de réglage
était mal dimensionnée, une radioactivité anormalement élevée du gaz réfrigérant. Cette période a été mise à profit pour modifier légèrement la charge du coeur.
25
-1 -1 . L'irradiation du coeur -1 s'est poursuivie jusqu'au 8 mai -197-1»
date à laquelle la dose prévue de 2.000 MWj a été atteinte.
Degré d'épuisement de la réactivité, coefficients de température
12. A l'occasion de chacun des arrêts effectués pour un remplace-ment de combustible, on a mesuré l'excédent de réactivité dans le coeur à froid en l'absence de xénon, ainsi que le gain de réactivité obtenu par le changement du combustible. On a utilisé la méthode de la période de diver-gence pour calibrer des petits déplacements des barres de réglage. En sup-posant une fonction de forme pré-établie, on peut l'extrapoler au cas où les barres sont complètement hors du coeur.
1 3 . Pour chaque expérience individuelle, on continue à calculer le degré d'épuisement par l'intermédiaire du programme TOPDOG. Dans une grande variété de particules, le combustible faiblement enrichi a mainte-nant atteint des degrés d'épuisement moyen de 8,5 % PIMA et des degrés
d'épuisement maximum de 10 % PIMA, après un temps d'irradiation de 430 nours et des doses intégrées de neutrons rapides variant entre 1 , 7 et 2 x 1021
n.cm^ DNE.
14. On a mesuré le coefficient de température isothermique de la réactivité au début de l'irradiation de chacun des coeurs. La méthode con-sistait à élever progressivement la température du coeur par chauffage ci-nétique à l'aide des soufflantes et à compenser l'excès de réactivité ainsi produit en manoeuvrant le rideau de barres de réglage.. On a trouvé des
coefficients de - 9 , 2 mN"/°C pour le coeur 8, -8,6 pour le coeur 9 et - 7 ? 0 pour le coeur 1 .
15» On a effectué, à l'aide de moniteurs à feuilles métalliques, une série de mesures de flux énergie zéro avant de commencer l'irradiation du coeur 1 de la charge IV. Ces mesures visaient à déterminer la meilleure méthode de contrôle du réacteur et à vérifier les distributions de flux et les spectres de neutrons prévus en théorie. On a effectué ces expériences avec trois configurations différentes des barres de réglage : les barres totalement insérées ou totalement dégagées, les barres toutes relevées au même niveau et enfin les barres intéressant le secteur mesuré retirées à mi-course.
16. L'exploration gamma mentionnée plus haut a permis de com-parer les rapports flux moyen/flux maximum en fonction de ces différentes
configurations. On a pu constater que la configuration correspondant à 1'.insertion complète d'un petit nombre de barres, les autres étant presque complètement dégagées, réduit les effets dus aux extrêmes de température et de flux. C'est cette disposition qu'on a maintenant adoptée pour l'ex-ploitation normale, bien qu'elle entraîne un fonctionnement à bas flux des éléments de combustible périphériques situés à proximité de l'une des barres totalement insérée.
ETUDES CHIMIQUES SUR LE CIRCUIT PRIMAIRE Analyses de l'hélium du circuit primaire Système_dléchantillonnage
17« On a installé et mis en fonction une nouvelle boucle d'échan-tillonnage rapide. Elle permet de prélever du gaz à partir de chacun des
six échangeurs de chaleur du circuit primaire et de l'envoyer en 12 à 14 secondes au laboratoire d'échantillonnage nouvellement installé. La boucle
est reliée à des appareils d'analyse des gaz et de détection de la vapeur d'eau et elle comporte un système permettant de procéder lentement ou rapi-dement à des injections d'impuretés. Cette boucle est destinée à devenir la principale installation d'échantillonnage des gaz du réacteur, tandis que la boucle initiale deviendra une installation de réserve.
Impuretés
18. Les injections délibérées d'impuretés, effectuées au cours des expériences de la série "Chimie III", ont entraîné une augmentation anormale de la concentration en impuretés dans le circuit primaire durant les conditions d'exploitation stables.
1 9 . En l'absence d'injections, les concentrations normales s'éta-blissaient à 0,05 vpm pour l'eau et à 1 vpm pour E~2 mais, durant les expé-riences d'injection, elles montaient à 1 vpm pour l'eau et à 100 vpm poiir H 2 . Les instruments de mesure, ainsi soumis à des exigences plus rudes, ont montré certaines défaillances.
20. Au cours des expériences d'injection de la série "Chimie III", il est devenu évident que l'hygromètre de Goldsmith modifié indiquait des valeurs trop élevées de la concentration en eau lorsqu'il se trouvait en présence d'un excès d'hydrogène. Cette erreur provenait de la réélectrolyse
de l'eau formée dans le cellule de platine par la recombinaison de l'hydro-gène et de l'oxyl'hydro-gène. Cette difficulté a été surmontée en utilisant des cellules en or, mais ces dernières ont montré d'autres défauts qui n'ont pu être corrigés que partiellement en modifiant leur conception. Les
re-cherches à cet égard se poursuivent.
Chr omat o graphi e _ ga z eus e
21. Les impuretés gazeuses, telles que CO, C O 2 et C H 4 , dans le circuit primaire, sont mesurées par chromatographie de concentration. Les hautes teneurs en eau et en C O 2 perturbent le fonctionnement des colonnes
qui doivent être régénérées et réétalonnées hebdomadairement.
Tritium
22. On a mesuré régulièrement la teneur en tritium du fluide réfrigérant primaire. Le rapport tritium/hydrogène est resté à peu près constant pour un coeur donné. Il réagissait rapidement aux variations de la teneur en hydrogène provoquées par les injections expérimentales de la série "Chimie".
23« Le rapport tritium/hydrogène est passé de 2 Ci/g E~2 dans le coeur 7 à 0,01 Ci/g dans le coeur 1 de la charge IV dont la teneur en hydrogène était plus élevée, mais la quantité totale de tritium éliminée par l'installation de purification a été la même pour les deux coeurs :
environ 0,3 Ci par jour d'exploitation. Cette quantité est du même ordre de grandeur que celle qu'on prévoyait pour la production de tritium à partir de la fission et des impuretés de lithium-6 dans le graphite.
• ^ P®ïïË5:2êË_ËJ.i5:d ection_d_^eau
24. On a effectué des expériences d'injection d'eau à court terme au début et à la fin de l'irradiation de chacun des coeurs pour mesurer la vitesse de réaction eau-graphite (Rc h"'1) dans le coeur. On compare actuellement les valeurs obtenues avec les prédictions établies par
27
-ordinateur. Elles permettront d'apprécier l'influence du degré d'épuise-ment et l'effet, sur le graphite du coeur, de l'eau injectée lors des
expériences de la série "Chimie.
Exp éri eja ces_ _d_e_ _la_ _sé_r_ie_ JlÇ^i.mieJl
25- Il s'agit d'une série d'expériences au cours desquelles des aiguilles de combustible soigneusement préparées et placées dans le canal central de l'élément, sont exposées à l'action d'hydrogène et d'eau intro-duits à contre-courant à travers la douille de support du canal central.
26. Jusqu'à présent, trois de ces expériences ont été menées à terme avec les caractéristiques suivantes :
Chimie I Chimie II Chimie III
Durée de l'injection, en jours 26 45 56
Débit, en g/s 0,25 + 0,2 0,25 + 0,02 2 , 4 + 0,2
(H20) vpm 30-80 4.5-55 20-30
(H2) vpm 500-600 500-600 250-350
L'expérience Chimie I a mis en lumière un certain nombre de problèmes opérationnels dont les principaux sont :
( 1 ) la division du courant d'hydrogène dans l'hélium de fa-çon à en faire passer 10 % à travers un lit d'oxyde de cuivre ;
(2) le retard important, causé par le lit d'oxyde de cuivre, entre les changements de débit et le changement de con-centration de l'eau ;
(3) la recombinaison de l'hydrogène en excès perturbant le fonctionnement de l'hygromètre qui indique des concen-trations en eau beaucoup trop élevées.
On a pu résoudre presque complètement ces problèmes, avant le début de la série Chimie II, par les moyens suivants :
(1) en introduisant l'hydrogène par deux courants mesurés séparément ; et
(2) en recouvrant d'or les cellules de l'hygromètre.
27- On est arrivé à réduire la chute de pression à l'entrée du canal central de l'élément en élargissant l'orifice de la douille de
support centrale, ce qui a grandement facilité les réglages de l'expérien-ce "Chimie H". Avant le début de l'expérienl'expérien-ce "Chimie III" on a placé sur le dispositif d'injection une conduite de dérivation à large section munie de son propre système de mesure de débit. Cette modification a permis
d'utiliser le dispositif d'injection avec les mêmes caractéristiques de débit que pendant l'expérience "Chimie II" tout en multipliant par dix le débit à travers l'élément. La mesure des faibles débits de gaz a sou-levé quelques difficultés qui sont actuellement à l'étude.
ons_ de_pur if içat ion_de_l^hélium
28. Les installations de purification et leurs équipements auxi-liaires ont donné entière satisfaction pendant toute l'année écoulée. Au cours de cette période, les expériences de la série "Chimie" ont entraîné une forte augmentation des concentrations en eau (hydrogène) et en monoxyde de carbone à l'entrée de l'installation et lui ont ainsi imposé des charges accrues. Les unités d'oxydation ont bien fonctionné et les pièges à congé.-lation n'ont jamais, durant toute cette période, atteint la saturation ni en eau ni en dioxyde de carbone. On a néanmoins relevé quelques indices de la présence de dioxyde de carbone dans le premier lit de charbon actif.
29. Le circuit primaire ayant été mis sous atmosphère d'azote pendant trois arrêts du réacteur, la concentration de ce gaz est demeurée
assez élevée pendant un certain temps après la remise en marche du réac-teur. On a d'abord attribué cette situation à un transport chromatographi-que de l'azote à travers les lits de charbon actif> mais, après une étude plus approfondie, il est apparu que certaines procédures d'exploitation
de l'installation bien établies permettent d'élever la température du second piège à charbon actif de quelque 20 à 50°C. Cette faible élévation de température réduit la capacité de rétention du charbon actif d'un
facteur dix ou plus, et l'azote libéré à cette occasion repasse dans le réacteur ou dans les réservoirs d'hélium. On essaie actuellement de modi-fier le schéma de manoeuvre du réacteur de façon à prévenir ce genre d'in-cident .
30. Les compresseurs Corblin ont été complètement révisés et ont bien fonctionné hormis quelques incidents mineurs.
31« Le réchauffeur d'un des disjoncteurs thermiques du circuit d'hélium est tombé en panne par suite de la corrosion des gaines en acier inoxydable par le chlorure. Ce disjoncteur fonctionnait à une température élevée et consommait par conséquent une grande quantité d'eau. Des essais ont montré que le système avait une capacité calorifique suffisante pour faire face à n'importe quelle situation accidentelle plausible sans le se-cours des réchauffeurs, à condition que l'eau soit à 30°C (la température .ambiante^dans l'enceinte de confinement intérieure est proche de 35°C). On
procède à l'installation de nouveaux réchauffeurs conçus pour entrer en fonction lorsque la température tombe en dessous de 20°C.
32. On a vérifié les méthodes de mesure du débit dans l'installa-tion de purifical'installa-tion de l'hélium. On a constaté à cette occasion que les transducteurs de l'installation même (qu'il est possible de calibrer in
situ) fonctionnaient correctement mais que leurs indications n'étaient pas entièrement en accord avec celles des transducteurs des conduites de retour ni avec les débits de drainage des éléments de combustible. Cette recherche a bien mis en évidence les problèmes posés par la détermination des débits à travers les douilles de support des éléments de combustible, surtout lorsqu'il s'agit d'éléments à très faible débit de drainage.
COMPORTEMENT DES PRODUITS DE PISSION Echantillonnage des produits de fission
33- Au cours de l'année, on a inauguré le nouveau système d'échan-tillonnage par tube capillaire utilisé en conjonction avec les détecteurs
à germanium-lithium. Grâce à cet équipement, on a pu instaurer un programme de mesures courantes de la concentration de 10 nucléides (la demi-vie la
29
-OA p. Mit/ n
plus courte étant celle du Kr 91 de 8 , 6 secondes) à la fois dans le gaz du circuit primaire et dans les courants de drainage des éléments. Les
spectres gamma complexes émis par ces échantillons de gaz peuvent être rapidement interprétés grâce à un programme d'ordinateur spécialement
adapté.
34-. Il a été difficile de déduire de ces expériences la valeur du rapport libérâtion/production (R/B) dans le combustible à cause de la radioactivité élevée du cricuit primaire. Cette situation est bien
décrite dans la Figure 1 . On ..attribue l'augmentation de la radioactivité pendant l'irradiation du coeur 8 au mauvais drainage de l'un des éléments
de la série métallurgique, tandis que les activités élevées observées dans le coeur 1 de la charge IV sont dues aux quantités exceptionnellement
élevées d'uranium exposé dans le nouveau combustible.
3 5 - On a mesuré les rapports R/B sur tous les éléments drainés, en portant un intérêt particulier aux éléments de la série "à Matrice à Haute Température", à ceux de la série "Faiblement Enrichie" et aux
éléments de référence du coeur 1 dans lesquels on avait délibérément introduit une petite quantité de particules non enrobées.
3 6 . Les résultats obtenus ont été incohérents, en grande partie parce qu'on ne connaissait pas avec une précision suffisante le débit du
drainage des éléments individuels qui est très sensible à la position des éléments sur leurs douilles de support. Les variations fréquentes de cette position au cours de la marche du réacteur nécessitent des vérifications
régulières des débits.
3 7 * On a déterminé le temps qui s'écoule entre l'apparition des produits de fission.gazeux et leur arrivée à l'emplacement du détecteur.
D'après les résultats préliminaires pour le Kr 9 1 , ce temps de transit est d'environ 4-0 secondes, dont 10 secondes sont passées dans le capil-laire et dans le récipient d'échantillonnage.
Système d'échantillonnage des produits de fission
3 8 . Les deux conduites à tubes capillaires installées l'année dernière pour l'échantillonnage rapide des gaz de drainage ont fait la preuve de leur efficacité et 1 3 conduites supplémentaires ont été ins-tallées. D'autres conduites d'échantillonnage à tubes capillaires ont
3 8 . Les deux conduites à tubes capillaires installées l'année dernière pour l'échantillonnage rapide des gaz de drainage ont fait la preuve de leur efficacité et 1 3 conduites supplémentaires ont été ins-tallées. D'autres conduites d'échantillonnage à tubes capillaires ont