Développement de capteurs acoustiques pour l’instrumentation en réacteurs expérimentaux : capteurs de composition des gaz de relâchement
Dans le cadre de l’ instrumentation pour le futur réacteur RJH destiné a recevoir destiné recevoir des dispositifs de tests pour les réacteur GEN IV, nous developpons une nouvelle génération de capteurs acoustique de suivi du relâchement de gaz de fission (He, Xe, Kr) dans les dispositifs Madison et/ou Adeline.
Il s’agit de capteurs à base d’éléments piézoélectriques NBT sérigraphiés sur de l’Alumine autorisant une température de fonctionnement jusqu’à prés de 400°C.
Ces travaux sont réalisés en collaboration avec deux laboratoires du CEA :
-le LDCI – Laboratoire de Dosimétrie, Capteurs et Instrumentation
– le LISM – Laboratoire d’Instrumentation, Systèmes et Méthodes
Plus généralement, ces activités de recherche nous permettent d’accroître nos compétences dans la conception et le développement d’expériences et d’instrumentations complexes en milieu hostile.
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Ce projet se situe dans la continuité d’un partenariat pérenne depuis plus de 15 ans
Une convention de collaboration pour la mesure de pression par micro-acoustique signée en décembre 2008 pour une durée de trois ans. a permis de développer une première version d’un capteur acoustique permettant la mesure en ligne du relâchement de gaz de fission dans un crayon combustible en réacteur. Ce développement a fait l’objet d’un brevet conjoint (FR2934409) et d’une mise en exploitation dans le réacteur expérimental OSIRIS du CEA fin 2010. Les premiers essais d’éléments piézoélectriques sous irradiation neutroniques avaient été réalisés au SCK-CEN à Mol (Belgique).
L’animation suivante assemblage_1 montre le capteur monté sur le crayon expérimental pour l’expérience REMORA3 dans l’environnement réacteur (OSIRIS, CEA-Saclay)
- D. Fourmentel, J. F. Villard, J. Y. Ferrandis, F. Augereau, E. Rosenkrantz and M. Dierckx, « Acoustic Sensor for In-Pile Fuel Rod Fission Gas Release Measurement, » in IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 58, no. 1, pp. 151-155, Feb. 2011, doi: 10.1109/TNS.2010.2090899.
- T. Lambert et al., « REMORA 3: The first instrumented fuel experiment with on-line gas composition measurement by acoustic sensor, » 2011 2nd International Conference on Advancements in Nuclear Instrumentation, Measurement Methods and their Applications, 2011, pp. 1-6, doi: 10.1109/ANIMMA.2011.6172924.
- E. Rosenkrantz, J. Y. Ferrandis, F. Augereau, T. Lambert, D. Fourmentel and X. Tiratay, « An Innovative Acoustic Sensor for In-Pile Fission Gas Composition Measurements, » in IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 60, no. 2, pp. 1346-1353, April 2013, doi: 10.1109/TNS.2013.2252624.
Une autre convention de collaboration pour l’optimisation et l’extension des mesures en réacteurs expérimentaux en Octobre 2012 pour une durée de ans. Elle a permis de démontrer les potentialités de la sérigraphie pour la réalisation de capteurs acoustiques fonctionnant à haute température, notamment en incluant la recherche de matériaux piézoélectriques adéquats afin de lever le verrou technologique constitué par la réalisation d’un couplage du transducteur piézoélectrique avec la paroi (métallique ou céramique). Des essais sous irradiation ont été effectués dans réacteur TRIGA de JSI à Ljubjana (Slovénie).
- F. Very et al., « Thick films acoustic sensors devoted to Material Testing Reactor environment measurements, » 2015 4th International Conference on
Advancements in Nuclear Instrumentation Measurement Methods and their Applications (ANIMMA), 2015, pp. 1-4, doi: 10.1109/ANIMMA.2015.7465527.
Une convention de collaboration a ensuite pour été signée en 2015 initialement pour 3 anas reconduite par deux avenant portant jusqu’en 2022. Elle porte sur la phase de prototype du capteur seconde génération destinée à être utilisée dans les conditions de RJH. Le projet actuel a lieu dans ce cadre contractuel.
- O. Gatsa, P. Combette, E. Rosenkrantz, D. Fourmentel, C. Destouches and J. Y. Ferrandis, « High-Temperature Ultrasonic Sensor for Fission Gas Characterization in MTR Harsh Environment, » in IEEE Transactions on Nuclear Science, vol. 65, no. 9, pp. 2448-2455, Sept. 2018, doi: 10.1109/TNS.2018.2846181.
- , , , , , and 2019 6th International Conference on Advancements in Nuclear Instrumentation Measurement Methods and their Applications (ANIMMA), 2020, vol. 225, doi:10.1051/epjconf/202022504012.
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JY. FERRANDIS, P. COMBETTE, E. ROSENKRANTZ
F. BAUDRY, IR CDD CNRS,
