Systèmes exploités à distance pour les mesures sous-marines

Principaux pilotes :

Au cours d'un projet D&D, des mesures sous-marines sont généralement nécessaires dans plusieurs situations telles que la décontamination vue du démantèlement des réacteurs et des piscines de stockage, les déchets existants stockés dans les étangs et les sites naturels pollués (rivières, étangs, mer…).

Les mesures nucléaires sous-marines ont généralement une précision inférieure à celle de l'air, car l'eau a une atténuation plus élevée sur l'énergie gamma et les caractéristiques de l'échantillon peuvent être plus difficiles.

Les systèmes SMOPY et ROVING BAT ont été développés pour la mesure sous-marine dans l'application de la caractérisation des déchets activés, des murs de béton ou des composants de réacteur.

• Sécurité :
  • Contrôler les risques de sécurité pour l'expédition des déchets vers l'installation de stockage temporaire.
  • Assurez-vous que le niveau d'activité des déchets reste dans la gamme autorisée par la conception de l'installation de stockage.
  • Contrôle des risques critiques liés aux matières et aux déchets nucléaires.
• Garanties :
  • Déclarez les masses fissibles et les activités de matières nucléaires aux autorités et à l'Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs pour connaître les coûts et les prévisions de scénarios pour le futur stockage final.
• Déchets nucléaires à haute activité :
  • Mesurer l'actinide, les isotopes des produits de fission et la masse.

Objectifs

Mirion a une expérience avancée dans la fourniture de détecteurs de hautes performances combinés à des systèmes à distance.

• Caractérisation des barres de contrôle usagées provenant de centrales nucléaires en cours de démantèlement avant qu'elles ne soient emballées, expédiées et stockées en tant que déchets radioactifs de moyenne activité.
• Localisation et caractérisation des points chauds et des zones contaminées sur les parois et les sols sous-marins.

Systèmes à distance

Système de surveillance sous-marine à angle fixe

Description technique

• Le système de surveillance sous-marine à angle fixe peut être suspendu par une grue pour mesurer le spectre gamma le long de fûts rempli de déchets activés (voir la figure ci-dessous).

Principaux avantages

• Simple à manipuler.
• Mesures de spectrométrie gamma sous-marine avec de bonnes résolutions spatiales et énergétiques.
• Divers types de détecteurs CZT peuvent être sélectionnés de manière à traiter une large gamme de déchets hautement radioactifs.
• Couplage des mesures gamma et neutron dans un seul appareil compact.
• Logiciel dédié permettant différentes séquences de mesure.

Mesure d'angle sans 3D sous-marin à distance

La figure ci-dessous montre le ROV équipé d'un système de spectrométrie gamma.

• Fonctionnement jusqu'à 200 m.
• Mesures de contamination dans les sédiments.
• Sonde LaBr avec des mesures pour gérer les problèmes de blindage de colonne d'eau.
• Câble USBL pour commander le détecteur pour une position sous-marine du bateau.

Les calibrations des détecteurs à l'intérieur du système à distance sont effectuées dans une situation sèche et à l'intérieur de la piscine ou de la mer. Les échantillons sont bien identifiés et quantifiés tels que le béton, 60Co, etc.

Détecteurs scellés pour une mesure spectrométrique sous-marine ultime

Description technique

• Le système de sonde scellée Canberra se compose d'un détecteur HPGe coaxial à 20 % d'efficacité encapsulé dans un cryostat à ultra-vide (UHV). La configuration standard comprend un boîtier sous pression IP68 qui peut être adapté aux applications de l'utilisateur (par exemple, une épaisseur et un matériau personnalisés en fonction de la profondeur de l'eau, un renforcement à l'avant pour résister aux applications de trou de forage). Le diamètre total de la sonde est de 80 mm et pèse moins de 10 kg.
  Un câble renforcé, facile à nettoyer et à décontaminer, est relié à la sonde par une connexion étanche. La longueur du câble est possible jusqu'à 100 m.
  Ce câble est relié à une station d'acquisition comprenant des régulateurs et un Canberra Lynx^® DSP ; la station peut être située en surface ou à proximité du détecteur si nécessaire.

Exemples d'application

• Piscine de stockage de réacteur, pour la spectrométrie.
• Fonctionnement en extérieur, où de l'eau est présente comme sous la pluie, dans un trou de forage avec des couches de boue ou d'eau souterraine qui se croisent, pour les enquêtes de contamination de l'environnement ou de décontamination en vue du démantèlement.
• En mer, pour des expériences d'océanographie ou de physique, le détecteur étant stationnaire (bouée) ou accroché à un bateau.
• Mesures de journalisation de trous de forage.

Principaux avantages

• La technologie de refroidissement cryogénique a évolué pour atteindre le plus haut degré de compacité et de fiabilité.
• Le temps de refroidissement est inférieur à huit heures.
• L'encapsulation UHV permet des cycles thermiques incomplets. À la différence des détecteurs HPGe de laboratoire, le système de sonde scellée peut être refroidi à tout moment quelle que soit la température du détecteur HPGe, réduisant grandement le temps d'arrêt en fonctionnement.
• Performances similaires à des conditions de laboratoire.
• Facile à nettoyer de la poussière, de la contamination ou des coquilles.

Applications

Mesure des débris de carburant avec un détecteur de neutron et/ou une spectrométrie gamma

Description technique

Mirion fournit une large gamme de techniques pour caractériser les débris de combustible.

Ces techniques sont capables de quantifier l'uranium et le plutonium, ainsi que les produits de fission et d'activation. La plupart des systèmes de mesure de déchets de combustible ou de haute activité sont une combinaison de spectrométrie gamma et de mesure neutron.

Spectrométrie gamma :

• Plusieurs des isotopes présents dans le combustible ont des énergies gamma spécifiques qui peuvent être détectées et quantifiées grâce à la spectrométrie gamma. Certains des isotopes de l'uranium et du plutonium émettent des rayons gamma dans les énergies des basses et moyennes, tandis que les principaux produits de fission et d'activation émettent des rayons gamma dans les moyennes à hautes énergies.
• Pour les isotopes de l'uranium et du plutonium, des algorithmes spécifiques ont été développés pour la détermination des rapports isotopiques U et Pu en fonction principalement des pics de faible énergie (mais en utilisant les pics d'énergie moyenne dans certaines situations). Les spectres gamma peuvent être analysés à l'aide d'un logiciel d'analyse de groupes multiples (MGA) et (MGAU) ou FRAM.
  • Concentration isotopique relative du plutonium et de l'uranium.
  • Déterminer d'autres actinides tels que ²³⁵U, ²³⁹U, ²³⁷Np et ²⁴¹Am.
• Pour les produits de fission et d'activation, l'analyse de rayons gamma de spectrométrie standard est effectuée à l'aide du logiciel Genie 2000 ou du logiciel NDA 2000.
• Si des données sur le combustible sont disponibles (à partir du code de déplétion), il est possible de déterminer les isotopes qui ne peuvent pas être mesurés directement en utilisant des corrélations entre les produits de fission directement mesurés et les isotopes en question. Le détecteur à utiliser peut être de type HPGE avec collimateurs et écran si une haute résolution est nécessaire ou de type CZT si la précision n'est pas requise.

DÉTECTION DE NEUTRONS

• Généralement, une chambre de fission ou des tubes proportionnels ³He, fournissant une efficacité de la détection neutron élevée.
• Donner le profil neutron des débris de combustible.
• Déterminer la masse effective du ²⁴⁰Pu par détection des neutrons de fission en mode Totaux ou Coïncidence.

Caractérisation d'un mur de béton dans une piscine à l'aide de ROVING BAT

Mesure nucléaire précise avec un ROVING BAT

Solution technique

• ROVING BAT standard (sous-marin haut de gamme capable de ramper sur la paroi de l'étang) équipé d'une sonde spécialement conçue (CZT), et relié au logiciel Genie 2000 via un système électronique Canberra.
• Couplé à un algorithme calibré avec l'expérience passée et l'échantillonnage de base pour calcuter le profil de profondeur.

Cartographie de la radioactivité

• La cartographie de la contamination sur les parois de l'étang est essentielle pour capturer les régions à décontaminer.
• La cartographie radioactive 3D permet une génération de déchets précise pendant le scrabblage.
• Effectué par la méthode krigeage avec un logiciel standard.
• Expertise spécifique dans l'analyse des résultats de krigeage.

Profil de profondeur de contamination

• La migration des radionucléides dans les murs de béton est la principale préoccupation, car elle n'est pas visible avec une mesure nucléaire régulière.
• Sur la base d'opérations expérimentales de première main sur un étang, un algorithme pour capturer la migration a été développé pendant une mesure nucléaire.
• En connaissant le profil de contamination des parois de l'étang, des scénarios précis peuvent être préparés pour un grattage précis.

Réalisations réussies

Caractérisation des déchets actifs de moyenne / élevée dans une piscine avant leur élimination à l'aide d'un dispositif SMOPY (Garanties MOx PYthon)

Objectifs :

• Un espace de stockage est nécessaire dans l'étang de stockage des NPPs.
• Des données améliorées sur la caractérisation des déchets sont nécessaires pour permettre la sortie du bassin.
• Mesure des barres de contrôle à transférer dans une nouvelle installation (stockage des déchets activés)
  • Profil d'activité de ^110mAg, ¹⁰⁸mAg et ⁶⁰Co
  • Activité totale
  • Absence de matière fissile dans les fûts par mesure neutron
• Fûts remplis de 150 à 230 tiges de commande.
• Étude de faisabilité : divers protocoles sont testés et une méthode a été déployée pour fournir les données de caractérisation.
• La collimation permet de mesurer avec précision une couche d'environ 2 cm à 5 cm de haut, et une analyse du fût permet d'obtenir un profil d'activité complet.

Solution de Mirion :

• Un détecteur CZT pour la spectrométrie gamma, une chambre de fission pour la détection de neutrons et un analyseur multicanal portable avec le logiciel Genie 2000.
• Détermination de l'activité totale et du profil d'activité par spectrométrie gamma

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