Direction déléguée aux Activités Nucléaires de Saclay

Deux installations d’examens non destructifs (E.N.D.) sont installées dans la piscine du réacteur OSIRIS. Il s’agit d’une installation immergée de neutronographie et d’un banc de spectrométrie gamma.

L’installation de neutronographie

Ce dispositif en place sur le fond de la piscine est constitué de trois parties principales :

• un collimateur pyramidal dont le sommet est légèrement tronqué où on trouve une plaque d’alliage d’aluminium constituant la plage d’entrée des neutrons,
• à l’arrière du collimateur, se trouve la chambre qui accueille l’objet à examiner,
• le support situé à l’arrière de la chambre reçoit la cassette métallique contenant le convertisseur de neutrons au cours de la phase d’irradiation de celui-ci.

L’ensemble est mobile et peut avancer ou reculer vers le coeur du réacteur.
La technique est dite de transfert car l’image radiographique est obtenue à la suite de deux séquences consécutives :

• l’irradiation du convertisseur,
• l’exposition du film photographique.

Cette méthode présente deux avantages :

• contrôler un objet directement au voisinage du coeur sans le sortir de la piscine,
• pouvoir imager des objets hautement radioactifs car le film photographique n’est jamais au voisinage de ceux-ci.

Tous les crayons combustibles irradiés dans un dispositif expérimental à OSIRIS subissent une neutronographie avant et après irradiation ce qui permet de voir les modifications de l’état du combustible et l’effet de l’irradiation.

L’installation de spectrométrie gamma

Cette installation est constituée de deux parties distinctes : le banc mécanique situé en piscine du réacteur qui reçoit l’objet à caractériser et le détecteur de rayonnement gamma situé à l’extérieur de la piscine. Les photons gamma délivrés par l’objet sont transmis au détecteur grâce à un fourreau étanche transparent au rayonnement et traversant la totalité de la paroi. Un collimateur mécanique à volets permet de définir la section du faisceau transmis.
Le banc en piscine permet de placer chaque point de l’objet en face du collimateur avec des vitesses de déplacement ajustables et programmables. À chaque fin de déplacement, une séquence d’acquisition démarre et les données correspondantes sont archivées.
Le détecteur est une jonction germanium/lithium de grande pureté placée à l’intérieur d’un blindage destiné à le protéger des rayonnements parasites. Le logiciel de dépouillement permet d’éditer les spectres des photons d’intérêt. Le refroidissement après irradiation et les durées d’acquisition sont optimisés selon les radionucléides examinés. Le spectromètre est caractérisé par un rendement élevé (40 %) et une bonne résolution en énergie (< 1,8 keV à 1 352 keV).
En général si le combustible a déjà été irradié en centrale de puissance, l’examen de spectrométrie g permet de valider les données fournies à la livraison du crayon. Les dépouillements des scrutations peuvent être qualitatifs et/ou quantitatifs. On peut en particulier remonter à la valeur de la puissance développée dans le crayon pendant les phases d’irradiation du combustible dans son dispositif expérimental.

La dosimétrie de dommages

La dosimétrie de dommages a pour objectif d’évaluer expérimentalement la fluence de dommages, ou déplacement par atome (dpa), reçue par les matériaux irradiés. Elle nécessite des détecteurs tels que le dosimètre G.A.M.I.N constitué d’un bâtonnet de graphite ou le détecteur au tungstène. La technique est basée sur la mise en oeuvre de matériaux ultra purs et l’évolution de la résistivité électrique sous irradiation.

À partir des indices de spectre “intégraux” fournis par ces dosimètres et en liaison avec des dosimètres d’activation (⁵⁸Ni), on caractérise le spectre neutronique par les indices de spectre pour en déduire le flux de dommages du corps considéré.
La dosimétrie de dommages est réalisée préalablement à l’irradiation proprement dite à l’aide d’une maquette irradiée à faible fluence. Cette maquette simule l’irradiation réelle et, de ce fait, respecte les quantités et proportions des différents matériaux présents dans l’expérience d’irradiation.

L’exploitation des détecteurs de dommages met en oeuvre :

• un laboratoire de thermométrie équipé d’un bain thermostaté à ± 0,001°C pour la mesure de la résistivité électrique, avant et après irradiation, des détecteurs G.A.M.I.N et au tungstène,
• un laboratoire de dosimétrie par activation pour la mesure des dosimètres ⁵⁸Ni.