PRÉSIDENCE DU CONSEI L
COMMISSARIAT A L'ÉNERGIE ATOMIQU E
Combustion partielle d'une cartouche
de combustible dans le réacteur G 1
pa r
de ROUVILLE, LEDUC et SEGO T
Rapport CEA no 999
CENTRE D'ÉTUDE S NUCLÉAIRES DE SACLA Y
SERVICE DE DOCUMENTATIO N Boîte postale n° 2 - Gif-sur-Yvett (S .-et-O.)
MM . De ROUVILLE, LEDUC, SEGOT Rapport CEA n° 999
Combustion partiell d'une cartouch d combustible dans 1 réacteur 1 . S mmair . — Le 26 octobre 1956, le réacteur G1 était remis en marche après un arrêt-de quel- ques jours .
L'installation de détection de rupture de gaines donna un premier signal de préalerte à 19 h 0 7 côté chargement, un second à 19 h 13 côté déchargement, puis d'autres . Le chef d quart ordonna à 19 h 15 une baisse rapide de la puissance mais voulant repérer le canal fautif ave c précision la fit remonter ensuite à 2 puis à 5 MW . Bientôt, par crainte de contamination exté- rieure, on dut arrêter l'exploration et c'est par détection y à l'extérieur dea tuyaux de détectio n de rupture de gaine qu'on identifia la cartouche endommagée dans le canal 19-13 .
Les enregistrements des stations de santé montrèrent que les pointes observées étaient res- tées notablement inférieures aux limites maxima admissibles .
L'examen méthodique et le dégagement du canal accidenté occupèrent trois semaines . O n put apercevoir coté chargement les billettes d'uranium nyes sur un lit de poudre de ma- gnésie ; côté déchargement, la gaine était intacte mais l ' extrémité de la cartouche « pendai t à l'intérieur de la fente d'arrivée d'air . Repoussée côté chargement d'environ 30 cm, la car - touche se bloqua . Après des essais divers, toujours sous injection d'argon, et avec des pro- tections sévères du personnel, on mit en ceuvre un tube fraise, analogue à ceux utilisés pou r les forages . On nettoya le canal par aspiration, sans toutefois éviter de légères contamination s du hall de la pile .
Le 7 décembre 1956 eut lieu une première divergence à 2 MW . Une centaine de canaux don- naient encore un bruit de fond rendant inopérante pour ces canaux la détection de rupture s
MM . De ROUVILLE, LEDUC, SEGOT Report CEA n o 99 9
Partial combustion of a fuel cartridge: in reactor G1 .
Summary . - On the 26th of october 1956, after having stopped a few days, the G1 REACTO R was started up again . The burst slug system gave a first warning at 19 h 07 on loading side, a second one at 19 h 13 on unloading side, and so on others . At 19 h 15 the Control Enginee r ordered a gy)ck decrease of power and then, made it rise again from 2 to 5 MW ., to find out, with accuracy, the failing channel .
Soon after, in order to avoid any exterior contamination, scanning had to be stopped and a y ray detecting system outside the burst slug piping system, found out the damaged element . in the channel 19-13 .
The health stations recording showed that the highest experienced measures were still notabl y lower than the maxima permissible levels .
The methodical examination and the unloading of the damaged channel lasted three weeks . On the loading, side, bare uranium billets could be seen on a magnesia powder bed . On th e unloading side ; the can was undamaged, but the element's end was hanging inside the ga p of the inlet air . Pushed back, about 30 cm (12 in .), on•the loading side, the element got blocke d up . After several tests, while argon was still being injected, working staff being kept under strict protection conditions, a countersink tube was operating like the one used for drilling . The channel was cleaned up by sucking up, without, however, avoiding slight contaminatio n in the building of the reactor.
On the 7th of december 1956, the reactor had a divergence at 2 MW, the first since the fault .
de gaines . Des brossages et aspirations systématiques ne purent le réduire au delà d'u n palier qui obligea à faire fonctionner le réacteur pendant plusieurs mois avec 56 demi-canau x déchargés .
Enfin, en juin 1957, deux opérations rendirentau réacteur un régime pleindment satisfaisant ; enlèvement d'une épaisseur de 1 mm de graphite par réalésage de 54 demi-canaux et mon - , tage sur les appareils de détection de dispositifs d'opposition de tension réglable éliminan t
dans les mesures la part du. bruit de fond due à la pollution permanente .
Cet incident a été riche d'enseignements : une grille piège a été mise en place juste en amon t de la pile, les consignes de montée en puissance ont été rendues plus prudentes, le contrôle automatique des détections de ruptures de gaines (déjà améliorées comme il a été dit) a été doublé d'un contrôle humain . Enfin, l'incident a mis en évidence que les piles à fente avaien t le défaut dè faciliter la contamination des canaux de proche en proche . Par ailleurs le gra- phite emmagasine les poussières radioactives et rend la décontamination difficile .
1958 7 pages
A hundred or so channels were still giving a background, therefore making the burst slu g system inefficient for those channels . Systematical brushing and sucking up were not able to reduce it beyond a certain level . It forced the reactor to operate during several months wit h 56 unloaded semi-channels .
At last, In june 1957, two handlings allowed the reactor to operate in a satisfactory way : removal of 1 mm-thickness of graphite, by re-reaming 54 semi-channels and setting on the burst slu g detection-devices, some null regulating tension systems, annealing the background due t o continuous pollution .
This event has been fruitful . A grid trap has been set right ahead the reactor . Stricter ins- tructions have been given for rising power operations and automatic burst slug system (alread y improved as said above) has been duplicated by a human control ,
At last, the fault has pointed out that the reactors with gap had thédisadvantage of facilitatin g the contamination of channels from one to another .
On the other hand, graphite stores the radioactive dusts and hinders an easy decontamination .
1958 7 pages
--C-OMBUSTION PARTIELLE D'UNE CARTOUCH E DANS LE REACTEUR G 1
par MM . de ROUVILLE, LEDUC, SEGOT .
--- -
I — INTRODUCTION . -
Une communication de MM . PASCAL et de ROUVILL E donne, par ailleurs, le bilan de deux ans de fonctionnemen t du réacteur G1 . Nous nous attacherons ici à décrite plu s particulièrement un évènement survenu le 26 Octobre 1956 , donc au tout début du fonctionnement en puissance du réac- teur . Nous ne reprendrons pas la description du réacteur G 1 pour laquelle on se reportera aux références (1) (2) . Nou s croyons cependant utile de rappeler brièvement les grande s lignes des caractéristiques de l'installation de détectio n de fuites de gaines . Nous nous réfèrerons pour celà à un e communication de MM . LABEYRIE et A . ROGUIN (3) .
Le réacteur G1 comporte 2674 canaux dans le gra- phite contenant chacun une cartouche d'uranium . Dans chacu n des canaux, un tube de 10 mm de diamètre prélève une fractio n de l'air de refroidissement de l'ordre du vingtième du débi t total passant dans le canal . Les 2674 tubes de prélèvemen t sont groupés par faisceaux de 135, chacun de ces faisceau x desservant au moyen de 135 vannes électromagnétiques un col — lecteur unique . Ce collecteur unique aboutit à un détecteu r constitué par un volume cylindrique de 1,6 I de 10 cm de dia — mètre environ . Dans l'axe de ce volume est disposé un compteu r Geiger à halogène ayant une paroi de 2 mm d'épaisseur e n
verre et une longueur de 10 cm .
(1) Chambadal, Pascal p/333 — Actes Genève 195 5 (2) Pascal, de Rouville, Génève 1958 —
(3) J . Labeyrie — A . Roguin p/336 — Actes Genève 1955 —
A/CONF .15/P/1180 2 FRANCE
Les indications de ce compteur s nt envoyées su r un ensemble électronique comprenant un intégrateur et un en - registreur à une voie avec une largeur de bande de 25 cm e t à temps de réponse rapide : 3 secondes pour toute la déviatio n Les 135 vannes électromagnéti q ues dont il a été parlé plu s haut servent à envoyer successivement dans le volume du détec-
teur l'air provenant des 135 tubes de prélèvement, chaqu e vanne reste ouverte environ 20 secondes, ce temps étant né- cessaire à cause de la durée de circulation de l'air dans l e tube de prélèvement . La durée totale nécessaire pour l'explo- ration par un détecteur de 135 canaux est donc de 45 minutes . La totalité du réacteur est explorée par 20 ensembles analo- gues à celui—ci .
Lorsque le signal dû à l'activation de l'air prove- nant d'un canal dépasse un seuil fixé, un contact placé su r l'enregistreur arrête l'ex p loration sur le tube provenan t du canal en question . On peut alors brancher manuellement pa r un jeu de robinets le tube provenant du canal où se trouv e la fuite sur un détecteur spécial "suiveur" analogue au pré- cédent, dont le but est d'enregistrer en permanence l'activi - té des canaux donnant un signal de fuites .
Pour l'ensemble du réacteur, il y a quatre détec- teurs suiveurs . Une fois cette commutation sur suiveur effec - tuée, l'exploration par le détecteur normal reprend sur le s 134 autres canaux comme auparavant .
Indépendamment de cette installation, q uatre cham- bres gamma disposées dans la canalisation d'air, en aval d u réacteur, constituent une installation de détection globale , (DRGG) (1), capable de fournir une indication continue pouvan t déceler une rupture de gaine im_ ;ortante et subite que l'ins- tal 3ation normale par balayage risquerait de ne pas détecte r aussi vite .
Rappelons encore que les éléments combustibles d u réacteur G1 sont constitués de cartouches d'uranium nature l gainées de magnésium . La longueur d'une cartouche est de 3 .72 0 mm, l'uranium y est sous forme de 37 billettes, de diamètr e 26 mm, longueur 100 mm, d'un poids unitaire de 1 Kg . La gai — ne de magnésium a une épaisseur de 1 , 6 mm et porte 8 ailette s longitudinales destinées à centrer la cartouche dans le cana l et à améliorer les échanges de chaleur . Le positionnemen t de la cartouche dans le canal de graphite est assuré pa r
deux bagues portant dans des gorges ménagées dans le graphite .
(1) Cette installation n'a été mise en place qu'à la suit e de l'incident qui fait l'objet de la présente note .
A/CQNF 15/P/1180 FRANCE
II CIRCONSTANCES DE L'ACCIDENT . -
Après une période consacrée aux essais à faibl e puissance, le réacteur G1 atteignit, le 27 septembre 1956 , 30 MW, ou, plus exactement , la température des gaines a u point chaud s'éleva à 280°-300°C . Du 27 Septembre au 20 Oc- tobre, la puissance du réacteur évolua depuis 30 MW jusqu' à près de 40 MW .
Après cette période, on procéda à un essai de réchau f' falte du graphite entre le 20 et le 25 Octobre .
Le réacteur fut remis en puissance le 26 Octobr e 1956 vers 11 heures . Le réacteur était chargé de 2567 cartou- ches d'uranium et de 106 cartouches de thorium . Après un
palier de 5 heures à 15 MW, puis de 30 minutes à 30 MW, l a puissance fut augmentée à 18h42 pour atteindre 40 MW ver s 18h50 . Durant ce temps, il fut procédé à un réglage des bois - seaux (déréglés-pour l'essai de réchauffage) dans le bu t
d'uniformiser les températures de sortie d'air des canaux . A ce niveau de puissance, la tempérdure maximum su r gaine, déduite de 46 mesures par balayages, plus deux masure s continues en des points voisins du point chaud, était d e
27 5
0
C . Mais on peut estimer que des points chauds, sans dout e aux alentours dé 300°C existaient sur les gaines des cartou- ches centrales .L'installation de détection de ruptures de gaine s (DRG) était en marche et donna un premier signal de préaler t c8té chargement â 39h 07, canal 19-18C, (les canaux sont re- pérés par deux chiffres : le premier est le numéro de l a colonne verticale (abcisse) ;
.
le second celui de la lign e horizontale (ordonnée), les colonnes étant numérotées de 0 à 40 de gauche à droite, les lignes de 0 à 40 de bas en haut . La lettre indique s'il s'agit dl} anal côté chargement (C) o u du canal c8té déchargement (D) 0)) puis un second, c8t édéchargement, canal 20-18 D, enfin plusieurs signaux sur de s canaux voisins des précédents, tant du c8té chargement que d u c8té déchargement .
Les chambres disposées dans
la '
canalisation d'ai r en aval de la pile indiquèrent également une pré-alerte ver s 18h54 . Une baisse de puissance fut ordonnée à 19h15, la tem- pérature sur gaine décrut avec un gradient de l'ordre de 15 0 C / minute . A 19h45, le réacteur était à l'arrêt .On jugea, alors, que l'identification du canal o ù s'était produite la rupture de gaine ne pouvait se faire qu'e n remettant le réacteur en marche à une puissance modeste et e n pratiquant un examen minutieux des enregistrements de l'ins -
. .1 . .. .
---
--- - (1) Chaque canal comprend en effet 2 demi canaux séparé spar la fente centrale du graphit .
A/CONF .15/P/1180 4 —
FRANCE
tallation de D .R .G . . Le réacteur fut donc remis en marche à 2 MW, puis à 5 MW pendant environ 5h .
Cette tentative n'apporta que peu de renseingement s valables, les taux de comptage de l'installation de D .R .G . évoluaient d'une façon désordonnée, ce qui semblait indique r plutôt qu'une rupture de gaine, une contamination général e que l'air de refroidissement transportait un peu au hasard .
Le réacteur fut alors arrêté, et grâce à un détec - teur, il fut procédé à l'exploration de la face de la pile , côté déchargement . Il fut facile de déterminer que le cana l dans lequel s'était produit un accident était le t9-13C , l'activité du tube de prélèvement et de l'électro-vanne étal - net cement plus intense pour, ce canal que pour les autres .
Immédiatement on examina les enregistrements d'un e station de mesure d'activité située au pied de la cheminé e aval . Bien qu'il n'existe pas de synchronisation de temp s rigoureuse entre ces enregistrements et ceux de l'installa - tion de DRG, des mesures de puissance et de température, o n en conclut à une augmentation brutale d'activité de l'ai r vers 19h . Le canal 19-13 C avait toutefois été exploré pa r la D .R .G . à 18h54 sans qu'aucun signal ne fût apparu .
Disons, tout de suite, que les mesures d'activit é de l'air par les stations extérieures au Site, en particulie r
en un point situé sous le vent de la cheminée aval, ont tou- jours été largement inférieures à la limite maximum admissi- ble .
Nous ne tirerons pas maintenant de conclusions de ce ! constatations, cet exposé n'était que le récit des évène-
ments constatés .
III - OPERATIONSEFFECTUEESENVUEDESORTIRLACARTOUCHEDU CANAL 19 - 13 C . -
Le 27 Octobre et les jours suivants, on tenta d'exa- miner l'état du canal 19 - 13 C . Pour cela, des dispositif s
optiques
ont été construits permettant de regarder successi- vement par la face chargement, par la face déchargement, laté- ralement, par le canal voisin, et dans la fente centrale .Côté chargement, on s'aporgut que la gaine de magné- sium était brûlée en grande partie : les billettes d'uranium reposaient sur un lit de magnésie, le canal était complètemen t obstrué . De plus, la cartouche semblait s'être déplacée ver s la fente .
L'examen par la fente confirma que l'extrêmité d e la cartouche dépassait dans la fente d'environ 6 om et était
5 A/Cc .15/P/uao FRANCE .
inclinée vers le bas d'un angle de l'ordre de 30 0 . La gain e était-intacte sur la longueur visible . A l'aide d'un ringar d à main muni d'une tête creuse enveloppant le bout de la car — touche dépassant dans la fente, on put très facilement l a repousser d'environ trente centimètres avant de trouver un e butée franche .
Dans l'ignorance de la nature du coincement dan s le canal de graphite, on fit plusieurs tentatives pour repous- ser la cartouche vers la face de chargement à l'aide de rin — garde engagés par la face de déchargement .
Ces tentatives furent vaines et nuisibles, car elle s augmentèrent le coincement de la cartouche et amenèrent un e dispersion des poussières actives dans la fente, donc dan s d'autres canaux, puisque durant des opérations l'atmosphèr e de la pile était mise en dépression au moyen des ventilateur s disposés au pied de la cheminée aval .
Il fut alors décidé d'aspirer, à partir de la fac e chargement, les poussières accumulées dans le canal . Cett e aspiration fut effectuée par un long tube d'aluminium, le s poussières s'accumulant dans trois filtres à chocs, en lain e de verre, et papier, disposés en série en amont d'un aspira- teur, un filtre papier disposé en aval de l'aspirateur permet — tait de constater qu'aucune activité n'était rejetée è l'ex- térieur .
Cette opération facilita certainement le dégagemen t de la cartouche, mais des accumulations de poussières active s dans les tuyaux de liaison entre la canne, introduite dan s le canal, les filtres et l'aspirateur, nécessitèrent des pro- tections importantes et des manipu]aions à temps de séjour li- mité .
La sortie de la cartouche fut finalement obtenu e grâce à un tube muni de dents en bout analogue à un trépan . On introduisit ce tube par la face de chargement, la cartouch e étant butée de l'autre
ca-té
par un piston . L'opération fu t relativement aisée, l'ensemble trépan contenant la cartouch e fut introduit à la sortie de la pile dans l'appareil protec- teur dit "appareil de déchargement occasionnel" et transport é dans une protection en béton .Après une aspiration des poussières à l'intérieu r du canal, la paroi de graphite du canal apparut en très bo n état à peine griffée par le trépan .
Tous qes travaux furent exécutés en 35 jours . Le s doses de rayonnement subies par le personnel restèrent tou- jours très en deçà des normes, la contamination des bâtiment s et du voisinage demeura toujours faible .
A/CCNF .15/P/1180 6 FRANCE
IV - RE-DEMARRAGE DUREACTEUR . -
Une première divergence du réacteur, suivie du fonc- tionnement à une puissance de 2 MW, fut effectuée, le 7 Dé- cembre, de l'année 1956 . Il apparut que l'installation d e détection de ruptures de gaines signalait un bruit de fon d
iüiportant pour une centaine de canaux, ce qui rendait impos- sible la détection d'éventuelles ruptures de gaines dans ce s canaux .
Une série d'opérations de brossage des canaux, l e brossage étant accompagné d'une forte aspiration à traver s
des filtres, fut alors entreprise, 19 divergences de contrôl e à 2, puis à 4 MW ayant pour but d'en déterminer l'efficacité . Il fut d'abord constaté une diminution sensible d e l'activité dans les canaux écouvillonnés, puis une stabilisa - tion, l'influence du brossage devenant très faible . Le réac - teur fut alors remis en exploitation avec 56 demi c•nau x
déchargés . A titre indicatif, on enregistrait à une puissanc e de 4 MW les taux de comptage sd.vants :
- canal propre : 20 chocs/ s - canal 19-13 : 2 .000 "
- 56 canaux : entre 40 à 350 chocs/ s
La surveillance des groupes de D .R .G . auxquels ap - partenaient les 56 canaux pollués était effectuée en perma-
nence par un observateur .
Durant 5 mois de fonctionnement, la pollution rési- duelle ne se modifia pas notablement . Ce n'est qu'en Jui n 1957 qu'un réalésage des canaux pollués fut entrepris . Grâc e à une fraise à dents extensibles, on enleva une épaisseu r correspondant à une augmentation du diamètre de 1 mm de gra- phite . Une aspiration des poussières à travers des filtre s protégés était prévue . L'opération redonna un état de surfa -
ce comparable à l'état de surface initial ; la durée du réalé - sage pour un canal était d'environ 3 heures . Cette opératio n récUisit le taux de comptage de l'installation de D .R .G . d'u n
facteur comp ris entre 3 et 8 . Pourtant, le canal 19-13 mani- festait encore un taux de comptage excessif .
Simultanément, l'installation de D .R .G . fut équipé e di'évolumètres" qui, grâce à une comparaison à un signal de .
référence commandé par la puissance du réacteur ou plutôt pa r l'installation de D .R .G ., signalait, même pour des canau x dont la pollution résiduelle était encore importante, tout e modification du taux de comptage, . caractéristique de l'appa - rition d'une fuite de gaine .
Le réacteur reprit alors son fonctionnement normal , le canal 19-13 étant résérvé à la production de radio-éléments .
7 - A/COQ 15/P/118O SNC
V - CONCLUSIONS . -
La cause de l'accident n'a pu être clairement éta - blie . On peut résumer les hypothèses faites à ce propos :
a) évolution brutale d'une fuite de gaine, lors d e la montée en températur e
b) dépassement préexistant de la cartouche dans l a fente, d'où réduction du débit d'air de refroidissement , échauffement et inflammation .
o) obstruction partielle du canal par un corp s étranger entrainé par l'air, puis même, processus d'échauffe - ment et d'inflammation .
Rien n'a pu nous conduire à retenir finalement un explication certaine, l'obstruction du canal par un corp s étranger peut paraître une interprétation vraisemblalbe , puisque, comme nous le rappelions en commençant, l'acciden t s'est produit après des essais de réchauffage, donc aprè s interventions diverses dans le circuit amont .
Il fut pourtant tiré de cet accident plusieur s renseignements que nous allons résumer t
a) Il importe d'éviter toute réduction anormale du débi t d'air de refroidissement d'un canal, en particulier, par su i tè de l'introduction de corps étrangers dans le circuit d'air . Ceci nous a conduit à renforcer les consignes de propret é
lors des travaux et interventions dans le circuit de refroi- dissement et dans le chargement des cartouches . La mise e n place d'une grille (filtre grossier) juste en amont du ré -
acteur a été décidée à la suite de l'accident .
b) La brutalité de l'échauffement suivi d'inflammation à la puissance de régime fixée par la température maximum ad- missible sur gaine conduit à recommander une lente montée e n puissance . En p articulier , iklors de chaque remise en . route , nous effectuons maintenant sur G1 à une puissance de 8 MW , deux relevés complets des taux de comptage D .R .G ., ce qu i comporte la garantie qu'il n'existe à cet instant aucune fui - te de gaine en évolution rapide et autorise la montée e n
puissance .
c) La surveillance des installations de .D .R .G . dit âtr e très attentive, en effet, la panne d'appareillage peut ne pa s âtre signalée . Nous avons décidé une surveillance toutes le s heures des appareillages de D .R .G .
A/Cct F 15/P/1180 FRANCE
d) La centralisation des mesures apparait souhaitable . En effet, la comparaison de plusieurs enregistrements : puissance , température, D .R .G ., mesures à la cheminée et aux station s extérieures, etc . . . facilite beaucoup l'interprétation d u phénomène .
e) Il est nécessaire de disposer autour du réacteur d'un e grande variété d'outils : ringards, pinces, etc . . ., ains i que d'aspirateurs et de filtres, de apmbinaisons et de masques .
Si nous ne pouvons pas apporter notre contributio n à la connaissance du phénomène cause de l'accident, nous re — tiendrons qu'un accident de cette importance peut n'êtr e dangereux ni pour le personnel, ni pour le réacteur .
La remise en état du réacteur s'est effectuée san s contamination extérieure : taux maximum dans l'air 5 .10— 8 curie/m3 pendant quelques minutes à la base de la cheminée , activité négligeable . Le personnel n'a pas subi d'irradiatio n dépassant les normes autorisées .
L'exploitation de G1 dont l'expérience a été acqui- se depuis, nous a confirmé qu'une rupture de gaine évoluai t en général suffisamment lentement pour permettre l'indentifi- cation du canal . Ce premier accident, qui nous a posé dès l e début du fonctionnement de G1 le problème en vraie grandeur , nous a amené à prendre un certain nombre de mesures qu i jusqu'ici se sont montrées efficaces .
8
