To provide future dependable neutron flux monitoring instrumentation for sodium-cooled fast reactors (SFR) of Generation-IV, French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA) is investigating the applicability of an innovative technology based on the optical signal produced within any type of ionization chambers such as fission chambers for instance. A mock-up of that innovative neutron detector was tested on a cold-neutron beamline at the ORPHEE nuclear facility. Experimental results regarding recovery time and detection efficiency showed promising possibilities for neutron instrumentation.

/pdf/design-and-irradiation-test-of-an-innovative-optical-3d6oc46agu.pdf

Design and irradiation test of an innovative optical ionization chamber technology

Xenon high temperature fission chamber, designed for sodium-cooled fast reactors, unlike the argon filled fission chambers, can operate at temperatures greater than 500◦C without partial-discharges and discriminate neutrons and partial-discharges at temperatures up to 650◦C.

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03243193/document

A new discriminating high temperature fission chamber filled with xenon designed for sodium-cooled fast reactors

Le Commissariat a l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) a en charge la conception d'un reacteur a neutrons rapides de quatrieme generation.L'instrumentation neutronique de ce futur reacteur s'appuiera sur des chambres a fission placees en cuve. Ces chambres a fission a haute temperature (CFHT) devront fonctionner a pleine puissance a une temperature comprise entre 400°C et 650°C.Un bilan recent de la technologie CFHT a revele que certains points sont a ameliorer afin d'en garantir une plus grande fiabilite.En particulier, on recherche une meilleure comprehension du phenomene de decharges partielles. Celles-ci engendrent des impulsions non discernables de celles produites par les fragments de fission du depot fissile.Par ailleurs, elles pourraient accelerer le vieillissement des isolants mineraux.En s'appuyant sur une demarche experimentale et theorique, ce travail de these a apporte plusieurs resultats.Les tests sur les differentes chambres a fission ont permis de caracteriser les signaux de DP, vis a vis des signaux neutroniques et de trouver une methode efficace de discrimination DP-neutron. De la meme maniere, les signaux DP ont ete localises et une solution technologique a ete proposee et mise en oeuvre avec succes pour les eliminer.Un outil de calcul pour la simulation des impulsions neutroniques a ete concu et teste avec succes.Une experience sur l'effet de la temperature sur la courbe de Paschen, dans un volume de gaz ferme, a ete concue et realisee en donnant les premiers resultats interessants.

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02170517/document

Etude des décharges partielles dans une chambre à fission haute température

The neutron flux monitoring system of the FrenchGEN-IV sodium-cooled fast reactor will rely on hightemperaturefission chambers installed in the reactor vessel andcapable of operating over a wide-ra ...

Progress in the development of the neutron fluxmonitoring system of the French GEN-IV SFR:simulations and experimental validations

Les reacteurs de quatrieme generation sont developpes dans le but de renouveler la filiere energetique du nucleaire avec des reacteurs plus surs, optimisant la consommation du minerai uranium et produisant moins de dechets de vie longue. La France a investi dans le developpement de la technologie des reacteurs a neutrons rapides refroidis au sodium. Par le passe, des prototypes ont ete construits et exploites tels que RAPSODIE, PHENIX, SUPERPHENIX ; et depuis 2006, le CEA est en charge de la conception du futur prototype de cette filiere : ASTRID. C’est dans ce cadre que les equipes du Commissariat a l’energie atomique travaillent sur l’elaboration de moyens instrumentaux permettant de garantir l’integrite absolue de la premiere barriere de confinement : la gaine des aiguilles combustibles. En effet, le niveau de surete a atteindre dans le programme generation 4 oblige l’exploitant a surveiller en continu la proprete du fluide caloporteur primaire. Pour assurer cette fonction de surete, differents systemes sont implementes tels que les systemes de detection des neutrons differes (DND) et les systemes de spectrometrie gamma. Ces systemes sont en continuelle mutation depuis leurs premieres exploitations par des programmes R&D assurant la prise en compte du retour d’exploitation de ces instruments et la remise a niveau en regard des avancees technologiques et des nouveaux moyens numeriques de conception. L’instrumentation historique pour le suivi isotopique des gaz de fission par spectrometrie gamma est tres bruitee et est compromise par la presence de lignes a retard d’environ 15 minutes necessaires a la desactivation du 23Ne (T1/2 =38 s). De plus, l’autre source de bruit, i.e. l’41Ar, presentant une periode de 110 minutes, n’a pas ete filtree par cette instrumentation. En effet, ce dernier ne perd que 7% de son activite dans ces lignes a retard.Au regard des exigences de surete fixees pour les RNR-Na, nous etudierons dans le cadre de cette these l’apport potentiel d’une instrumentation bas bruit au moyen d’un systeme a suppression Compton integre au poste de mesure RNR-Na. L’enjeu majeur d’une telle instrumentation serait, d’une part, d’enrichir le diagnostic par la detection des produits de fission de courte periode (~3 min), lesquels peuvent signer precocement une mise en contact entre le combustible et le caloporteur dangereuse pour la surete du reacteur, d’autre part, d’assurer une detection rapide par l’amelioration du temps de reponse de la mesure.Dans un premier temps, le terme source des produits de fission a ete caracterise par la mise en equation des differents phenomenes physiques regissant le comportement des gaz de fission dans un environnement de type RNR-Na faisant suite a une rupture de gaine. Des activites attendues des produits de fission sont ainsi estimees. Dans un second temps, nous avons procede a l’etude numerique, au moyen de la methode Monte Carlo, d’une instrumentation bas bruit, a sa validation experimentale, puis a son optimisation. Enfin, nous avons implemente la modelisation de la mesure spectrometrique bas bruit pour la problematique des ruptures de gaine dans le cadre d’un environnement RNR-Na. Des activites minimales detectables de produits de fission sont, d’abord, calculees puis comparees aux activites attendues. La plus-value de cette instrumentation pour l’application a la detection precoce des pertes d’etancheite dans un environnement type RNR-Na sera alors exposee.

https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02862768/document

Spectrométrie gamma haute résolution et bas bruit Compton pour la détection des ruptures de gaine dans les réacteurs rapides refroidis au sodium

During the operation of the superphenix and phenix reactors, an aberrant electrical signal was detected from the fission chambers used for neutron flux monitoring. This signal, thought to be due to partial electrical discharge (PD) is similar to the signal resulting from neutron interactions, and is generated in fission chambers at temperatures above 400 °C. This paper reports work on the characterization and localization of the source of this electrical signal in a high-temperature fission chamber. The dependence of the shape of the PD or neutron signal on the various experimental parameters (nature and pressure of the chamber filling gas, electrode gap distance, and fission chamber geometry) are described. Next, experiments designed to identify the location within the chambers where the PD are being generated are presented in way to propose changes to the fission chamber in order to reduce or eliminate the PD signal.

/pdf/characterization-and-localization-of-partial-discharge-5gt3iligvx.pdf

Characterization and Localization of Partial-Discharge-Induced Pulses in Fission Chambers Designed for Sodium-Cooled Fast Reactors

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