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WO 2011/007061 PCT/FR2010/000510
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DISPOSITIF D' OBSERVATION DE L' INTERIEUR D' UNE CELLULE CHAUDE
CELLULE CHAUDE EQUIPEE DE CE DISPOSITIF ET PROCEDE DE
MAINTENANCE DE CE DISPOSITIF
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention est relative à un instrument pour une cellule
chaude, à une cellule chaude équipée d'un instrument, et à un procédé
de maintenance de cet instrument.
Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication
d'instruments de contrôle ou d'observation à l'intérieur d'une structure -
ou compartiment - recevant des matériaux ou produits radioactifs.
Dans la présente demande, les termes cellule et cellule
chaude sont utilisés indistinctement pour désigner une telle structure.
La présente invention s'applique en particulier au contrôle de
cellules chaudes par l'acquisition d'images de zones situées dans la
cellule chaude, et par la mesure de rayonnements émis dans ces zones,
dans des plages de longueurs d'onde visibles ou non visibles par un être
humain.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Une cellule chaude à l'intérieur de laquelle peuvent être stockés,
manipulés, ou autrement traités des produits ou matériaux radioactifs,
comporte généralement des parois épaisses formant un bouclier de
protection biologique protégeant une personne située à l'extérieur de la
cellule, des radiations émises par les produits ou matériaux qu'elle
contient.
Ces parois épaisses peuvent être construites, en partie au moins,
en béton baryté ou en plomb.
Pour observer une zone d'intérêt à l'intérieur de la cellule, on peut
disposer un capteur d'observation, tel qu'une caméra vidéo, à l'intérieur
de la cellule, et protéger le capteur des radiations en le plaçant dans une
boîte plombée lorsqu'il n'est pas utilisé. Un moyen pour manipuler des
objets à distance, tel qu'un bras télémanipulateur, peut être utilisé pour
déplacer la caméra, faire la mise au point d'un objectif de la caméra,
et/ou ajuster le grossissement d'un zoom de l'objectif.
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Ces manipulations et réglages présentent cependant des difficultés
et nécessitent l'immobilisation d'un bras télémanipulateur, limitant ainsi
la capacité d'intervention en cellule.
La durée de vie de la caméra - ou autre capteur - est en outre
réduite en raison des radiations qu'elle reçoit, malgré l'utilisation d'une
boite de repos plombée de protection.
Un autre inconvénient peut résulter de la présence, à l'intérieur de
la cellule, d'un câble qui relie le capteur à un appareil disposé à
l'extérieur de la cellule. Le câble peut gêner les opérations à réaliser dans
la cellule et peut être endommagé, entraînant l'arrêt du fonctionnement
du capteur.
L'observation visuelle directe d'objets ou phénomènes à l'intérieur
de la cellule peut être réalisée au travers d'un hublot épais intégré à la
paroi de la cellule. Cependant, un tel hublot est coûteux et ne permet
pas d'obtenir des images de bonne qualité de toutes les zones de la
cellule.
Il est connu d'observer des objets ou phénomènes à l'intérieur
d'une telle structure à l'aide d'un capteur disposé à l'extérieur de la
structure, par l'intermédiaire d'un guide optique à miroirs, de type
périscope, comme décrit notamment dans les brevets FR1259728 et
GB949826.
Il a également été proposé, par exemple par la société SODERN
(France) sous la désignation PERISCOPE PC 1200 , un instrument
d'observation s'étendant - pour partie - dans une cavité traversant la
paroi épaisse formant un bouclier de protection biologique. L'instrument
comporte un dôme en verre non brunissant ou en silice fondue, qui est
monté saillant à l'intérieur de la cellule, et qui reçoit un miroir pivotant.
Un zoom ainsi qu'un bouclier de protection sont logés dans la cavité, le
miroir pivotant et le zoom permettant l'observation de zones de la cellule
par une binoculaire et une caméra disposées à l'extérieur de la cellule.
Le document W095/24720 décrit également un instrument
d'observation qui comporte une caméra disposée à l'extérieur d'une
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cellule. Un périscope s'étendant dans une cavité traversant la paroi de la
cellule permet à la caméra d'observer des régions s'étendant à l'intérieur
de la cellule. Le périscope comporte à cet effet un prisme mobile en
rotation selon deux axes, ainsi qu'un dôme en quartz protégeant le
prisme.
Le brevet JP02264898 décrit aussi un instrument pour
l'observation à l'intérieur d'une cellule chaude à l'aide d'un périscope
protégé par un soufflet. Ce document décrit un arbre et une tige servant,
avant d'extraire le périscope, à dégager un châssis de fenêtre faisant
partie du soufflet, d'un châssis de fenêtre faisant partie du périscope,
afin de laisser en place le soufflet. Avant d'être remis en place, le
périscope est équipé d'un nouveau soufflet, et le soufflet resté en place
est expulsé dans la cellule chaude.
Un inconvénient de ces instruments est que le champ observable
est limité ; un angle de vision limité ne permet pas d'observer n'importe
quelle zone de la cellule.
Un inconvénient des instruments comportant un dôme est que le
dôme est coûteux. Le remplacement d'un tel dôme est source de risques
de contamination et de rayonnement, complexe à réaliser, et provoque
une immobilisation prolongée de la cellule chaude.
Un autre inconvénient de ces instruments est qu'il ne permet
qu'une observation visuelle ; en particulier ces instruments ne
permettent pas de réaliser des mesures de cotes de longueur entre deux
points de la cellule chaude.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un objectif de l'invention est de proposer un instrument de
contrôle, une cellule chaude intégrant cet instrument, et un procédé de
maintenance de cet instrument, qui soient améliorés et/ ou qui
remédient, en partie au moins, aux lacunes ou inconvénients des
instruments de contrôle pour cellule chaude connus, des cellules
chaudes connues, et des procédés connus de maintenance d'instruments
de contrôle de cellules chaudes.
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Un objectif de l'invention est de proposer un instrument
d'observation, une cellule chaude intégrant cet instrument, et un
procédé de maintenance de cet instrument qui facilitent le remplacement
de composants de l'instrument.
Selon un aspect de l'invention, il est proposé une cellule
comportant une paroi traversée par une cavité et un instrument de
contrôle de zones à l'intérieur de la cellule qui s'étend - généralement en
partie - au travers et/ou le long de la cavité ; l'instrument comporte un
capteur, un dôme faisant saillie à l'intérieur de la cellule, et un bouclier
de protection biologique ; l'instrument comporte en outre un mécanisme
de déplacement du capteur entre une (première) position de
rétractation , pour la protection du capteur, dans laquelle le capteur est
logé à l'intérieur de la cavité, et une (seconde) position d'observation
ou d'acquisition , notamment pour l'observation ou l'acquisition
d'images de zones de la cellule, dans laquelle le capteur est logé à
l'intérieur du dôme ; en outre, le dôme est monté coulissant dans la
cavité et est séparable de l'instrument, de sorte que le dôme peut être
remplacé en étant expulsé dans la cellule, que l'angle et le champ de
vision du capteur sont agrandis - en position d'observation -, et que la
protection du capteur est améliorée.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un instrument
d'observation de zones à l'intérieur d'une cellule chaude qui est agencé
pour pouvoir s'étendre - généralement en partie seulement - dans une
cavité traversant une paroi de la cellule; l'instrument comporte un dôme
prévu. à une première extrémité de l'instrument et arrangé pour faire
saillie à l'intérieur de la cellule, un bouclier de protection biologique,
et un capteur d'observation sensible à des rayonnements ou radiations,
qui est disposé entre le dôme et le bouclier; l'instrument comporte en
outre un mécanisme de déplacement du capteur entre une (première)
position de rétractation , pour la protection du capteur, dans laquelle
le capteur est logé à l'intérieur de la cavité, et une (seconde) position
d'observation , pour l'observation de zones de la cellule, dans laquelle
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le capteur est logé à l'intérieur du dôme ; le mécanisme de déplacement
du capteur est disposé entre le dôme et le bouclier ; en outre, le dôme est
agencé pour pouvoir coulisser dans la cavité de la paroi de la cellule, et
est mécaniquement indépendant - i.e. désolidarisé, disjoint - du
5 capteur, de son mécanisme de déplacement, et du bouclier de
l'instrument, de sorte que le dôme peut être maintenu en place dans la
cavité lors du démontage de l'instrument, avant d'être expulsé dans la
cellule.
En d'autres termes et selon un autre aspect de l'invention, il est
proposé un instrument pour une cellule comportant une paroi traversée
par une cavité, l'instrument comportant deux modules distincts
séparés (désolidarisés):
- un premier module de l'instrument comporte un bouclier de
protection biologique et un capteur sensible à des rayonnements ou
radiations, le capteur étant solidaire du bouclier par l'intermédiaire d'un
mécanisme de déplacement du capteur entre une position rétractée pour
la protection du capteur et une position déployée pour l'observation de la
cellule ;
- un second module de l'instrument comporte un dôme
sensiblement transparent auxdits rayonnements ou radiations ;
chacun des deux modules comportant une face d'appui mutuel, les
deux modules pouvant être mis en contact mutuel par leurs faces
d'appui mutuel respectives lorsque les modules sont engagés (par
coulissement) dans la cavité de la paroi de la cellule.
Le premier module est prévu pour être introduit dans la cavité de
la paroi de la cellule et pour être extrait de la cavité, à l'extérieur de la
cellule, généralement par coulissement.
Le second module est prévu pour être introduit dans la cavité de la
paroi de la cellule et pour être extrait de la cavité, à l'intérieur de la
cellule, généralement par coulissement également.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de
maintenance d'une cellule comportant une paroi traversée par une cavité
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équipée d'un instrument d'observation, l'instrument comportant un
dôme faisant saillie à l'intérieur de la cellule, un bouclier de protection
biologique, un capteur disposé entre le dôme et le bouclier, et un
mécanisme de déplacement du capteur entre une position rétractée dans
la cavité et une position déployée, qui comporte successivement les
opérations suivantes :
- extraction du bouclier de protection biologique, du capteur et du
mécanisme de déplacement du capteur, hors de la cavité, à l'extérieur de
la cellule ;
- le cas échéant, remplacement du capteur;
- insertion d'un dôme de remplacement dans la cavité, jusqu'à
proximité - ou au contact - du dôme resté en place dans la cavité ;
- insertion du bouclier de protection biologique, du capteur et du
mécanisme de déplacement du capteur dans la cavité, jusqu'au contact
du dôme de remplacement ; et
- déplacement du dôme resté en place dans la cavité jusqu'à son
expulsion à l'intérieur de la cellule, par appui du dôme de remplacement
sur le dôme resté en place.
Selon des modes de réalisation de l'invention :
- la paroi de la cellule comporte une butée mobile entre une
position d'arrêt dans laquelle la butée interdit l'expulsion du dôme dans
la cellule et une position de libération dans laquelle la butée autorise
l'expulsion du dôme dans la cellule ;
- le dôme est solidaire d'un manchon tubulaire équipé de deux
joints toriques et est arrangé pour coulisser dans un fourreau tubulaire
chemisant la cavité (qui est de forme également tubulaire), les joints
toriques étant agencés pour être au contact du fourreau ; ceci permet,
lors de l'expulsion du dôme dans la cellule sous la poussée d'un dôme de
remplacement, de maintenir l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de
la cellule par au moins un des deux joints ;
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- le dôme comporte une paroi sensiblement hémisphérique et
sensiblement transparente auxdits rayonnements ou radiations, qui est
réalisée en matière plastique, en particulier en polycarbonate ;
- le mécanisme de déplacement du capteur comporte un (premier)
actionneur, tel qu'un moteur électrique, pour provoquer le déplacement
du capteur selon un mouvement de translation, le long de l'axe
longitudinal de l'instrument, en fonction de premiers signaux de
commande de déplacement du capteur ;
- le mécanisme de déplacement du capteur comporte un (second)
actionneur, tel qu'un moteur électrique, pour provoquer le déplacement
du capteur selon un (premier) mouvement de rotation selon l'axe
longitudinal de l'instrument, en fonction de seconds signaux de
commande de déplacement du capteur ;
- le mécanisme de déplacement du capteur comporte un (troisième)
actionneur, tel qu'un moteur électrique, pour provoquer le déplacement
du capteur selon un (second) mouvement de rotation selon un axe
sensiblement orthogonal à l'axe longitudinal de l'instrument, en fonction
de troisièmes signaux de commande de déplacement du capteur ;
- le capteur comporte et/ou est essentiellement constitué par un
capteur d'imagerie tel qu'une caméra comportant un détecteur de
type CCD ou CMOS par exemple, un objectif optique à mise au point
commandée ou automatique, et un zoom motorisé ; la caméra peut
présenter un pic de sensibilité dans le domaines des longueur d'onde
correspondant à la lumière visible, i.e. dans la plage allant de 400 nm
environ à 800 nm environ, ou bien en dehors de cette plage, par exemple
dans le domaine de l'infra rouge ;
- le capteur comporte et/ou est essentiellement constitué par un
détecteur de rayons gamma.
L'invention permet d'obtenir un instrument d'observation pour une
cellule chaude dont le coût de réalisation est réduit, dont la durée de vie
est augmentée, et dont l'utilisation et la maintenance sont facilitées.
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L'invention permet notamment d'obtenir un dispositif simple de
vision en couleur qui est capable de fonctionner sous irradiation.
D'autres aspects, caractéristiques, et avantages de l'invention
apparaissent dans la description suivante qui se réfère aux figures
annexées et illustre, sans aucun caractère limitatif, des modes préférés
de réalisation de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 est une vue en coupe illustrant schématiquement une
cellule chaude équipée d'un instrument d'observation.
La figure 2 est un schéma illustrant schématiquement, à échelle
agrandie et en vue en coupe longitudinale, les deux modules d'un
instrument d'observation dans une configuration de rétractation du
capteur.
La figure 3 est un schéma illustrant schématiquement, en vue en
coupe longitudinale, l'instrument d'observation de la figure 2 qui est
installé dans la cavité d'une paroi d'une cellule, dans une configuration
de déploiement du capteur.
La figure 4 est un schéma illustrant, en vue en perspective, un
(premier) module d'un instrument d'observation qui est extractible à
l'extérieur de la cellule.
La figure 5 est un schéma illustrant, en vue en coupe
longitudinale, l'instrument comportant le module de la figure 4 ainsi
qu'un second module comportant un dôme d'observation, dans une
configuration de rétractation du capteur à l'intérieur de la cavité prévue
dans la paroi de la cellule.
Les figures 6 à 9 sont des schémas illustrant les principales étapes
et opérations d'un procédé de maintenance de l'instrument et de la
cellule qu'il équipe.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Sauf indication explicite ou implicite contraire, des éléments ou
organes - structurellement ou fonctionnellement - identiques ou
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similaires sont désignés par des repères identiques sur les différentes
figures.
Par référence à la figure 1 notamment, la cellule chaude 21
comporte des parois épaisses 23 délimitant une chambre 40 dans
laquelle sont disposés des objets 41 radioactifs.
La chambre 40 peut être maintenue en dépression par rapport à
l'atmosphère ambiante, i.e. par rapport à l'extérieur 44 de la cellule.
Une paroi 23 est percée d'une première ouverture ou cavité 42
recevant un hublot 43 permettant à un opérateur situé à l'extérieur 44
de la cellule, d'observer directement les objets 41 au travers de ce
hublot.
La paroi 23 est percée d'une seconde ouverture/cavité 22 recevant
un appareil ou instrument 20 d'observation qui s'étend le long d'un axe
33 sensiblement horizontal, à l'intérieur de la cavité 22.
L'instrument 20 est relié par une liaison 46 à un ordinateur 45
permettant à un opérateur de commander le déploiement - ou au
contraire le retrait - d'un capteur 26 faisant partie de l'instrument, de
commander l'orientation de l'axe de visée du capteur comme décrit ci
après, et de récupérer les données issues du capteur.
Par référence à la figure 2 notamment, l'instrument 20 comporte
deux modules 201, 202.
Le premier module - ou tiroir, ou bouchon - 201 de l'instrument
comporte un bouclier 25 de protection biologique et un capteur 26
sensible à des rayonnements ou radiations, en particulier une caméra
vidéo.
Le capteur 26 est solidaire du bouclier par l'intermédiaire d'un
mécanisme de déplacement qui permet de déplacer le capteur 26 entre
une position rétractée à l'intérieur de la cavité 22 recevant le module
201, pour protéger le capteur des radiations émises par les objets situés
dans la cellule, et une position déployée, à l'extérieur de la cavité 22 et à
l'intérieur de la cellule, pour l'observation de zones d'intérêt à l'intérieur
de la cellule.
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Le mécanisme de déplacement 27 apparaissant notamment figures
2 à 5 et identifié figures 3 et 4, comporte deux rails 53 solidaires d'un
tube 52 d'axe 33, à l'intérieur duquel est prévu le bouclier 25. Les rails
53 s'étendent parallèlement à l'axe 33.
5 Le mécanisme 27 comporte également un chariot 54 coulissant sur
les rails 53 le long de l'axe 33, sous l'action d'un actionneur tel qu'un
vérin électrique.
Le chariot 54 porte des circuits d'alimentation du capteur 26 et de
traitement des signaux délivrés par ce capteur, ainsi qu'un plateau 55
10 monté rotatif selon l'axe 33 et entraîné en rotation par un actionneur 34,
tel qu'un moteur électrique, monté sur le chariot 54.
Le plateau 55 porte deux bras 56 par rapport auxquels le capteur
26 est monté rotatif selon l'axe 35 perpendiculaire à l'axe 33, sous
l'action d'un actionneur.
Le mécanisme comportant le plateau rotatif 55 et les bras 56 forme
ainsi une tourelle à coordonnées sphériques qui permet l'orientation de
la caméra 26 avec une amplitude de 360 degrés selon les deux axes 33 et
35, en fonction de signaux de commande de déplacement de l'axe de
visée da caméra qui sont adressés par l'ordinateur 45 au mécanisme 27,
selon des données introduites par un opérateur dans l'ordinateur.
La caméra est ainsi montée sur une tourelle escamotable, i.e.
rétractable par translation selon l'axe 33, permettant la protection de la
caméra en dehors des périodes pendant lesquelles elle est utilisée pour
observer des zones de la cellule.
Ceci permet de protéger également de l'irradiation les circuits
électroniques associés à la caméra et montés sur le chariot 54.
Ainsi, le mécanisme 27 de déplacement du capteur 26 comporte
trois axes ou degrés de liberté : un premier actionneur pour provoquer le
déplacement de la tourelle et du capteur selon un mouvement de
translation le long de l'axe 33 longitudinal de l'instrument ; un second
actionneur 34 pour provoquer le déplacement du capteur selon un
mouvement de rotation selon l'axe longitudinal 33 ; et un troisième
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actionneur pour provoquer le déplacement du capteur selon un
mouvement de rotation selon l'axe 35.
Un logiciel de traitement d'images peut équiper l'ordinateur 45
pour effectuer des mesures de cotes à partir d'images ou données
d'image délivrées à l'ordinateur par la caméra 26. Un module du logiciel
peut permettre d'effectuer un calibrage par analyse d'images obtenues en
observant une règle. Après ce calibrage, on peut notamment obtenir une
cote de longueur séparant deux points, par visée de ces points par la
caméra.
Comme illustré figures 2 et 5 notamment, le second module 202 de
l'instrument 20 comporte un dôme 24 comportant une paroi 32 en
matière plastique qui est hémisphérique et transparente aux
rayonnements ou radiations, en particulier à la lumière visible et/ ou aux
rayons gamma.
Le dôme 24 est dimensionné pour recevoir le capteur 26 et
permettre sa rotation selon les deux axes 33, 35, et est disposé en saillie
sur la face interne 23b de la paroi 23.
Le module 202 comporte en outre un manchon 28 tubulaire, d'axe
longitudinal 33, qui est solidaire du dôme 24 et est équipé de deux joints
29, 30 toriques.
Le manchon 28 est arrangé pour coulisser dans un fourreau 31
tubulaire chemisant la cavité, les joints toriques étant au contact du
fourreau (cf. figure 5).
Les deux modules comportent chacun une face 203, 204
annulaires d'appui mutuel, les deux modules pouvant être mis en
contact mutuel par leurs face d'appui mutuel respectives après avoir été
successivement engagés dans la cavité de la paroi de la cellule (cf. figures
7 à 9).
Plus particulièrement, on observe figure 2 notamment que la face
d'appui 204 est située à une extrémité du manchon 28, et que la face
d'appui 203 est située à l'extrémité du tube 52 servant d'enveloppe pour
le module 201.
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Ces deux faces d'appui d'extrémité s'étendent selon un diamètre
59 sensiblement commun au deux pièces 28 et 52, de sorte qu'elles
peuvent être placées en regard l'une de l'autre.
Ce diamètre 59 est sensiblement supérieur à celui du dôme 24. Le
dôme 24 est en effet relié au manchon tubulaire/ cylindrique 28 par une
pièce annulaire 64 de liaison (cf. figure 5) comportant une face 50
d'appui faisant saillie à la périphérie du dôme.
On observe figure 5 que le bouclier 25 est traversé par un canal 62
coudé qui est prévu pour recevoir des conducteurs électriques de
transport de signaux et d'alimentation.
Ces conducteurs relient le capteur 26 et les actionneurs du
mécanisme 27 à un connecteur 63 prévu sur la face arrière du
module 201.
Ce connecteur permet de relier l'instrument 20 à une unité de
contrôle et de commande telle qu'un ordinateur (45 figurel).
On observe figures 3 et 6 à 9 que la paroi de la cellule comporte
une butée 36 mobile en rotation selon un axe 60 parallèle à l'axe 33,
entre une position d'arrêt (figures 3 et 6 à 8) dans laquelle la butée 36
interdit l'expulsion du dôme 24 dans la cellule, et une position de
libération (figure 9) dans laquelle la butée autorise l'expulsion du dôme
dans la cellule.
Cette butée 36, qui est disposée sur la face interne 23b de la paroi
23, peut être déplacée de l'une à l'autre de ces positions par un
télémanipulateur commandé par un opérateur, pour procéder au
remplacement du dôme 24 et le cas échéant du capteur 26.
A cet effet, par référence aux figures 3 et 6 à 9 en particulier, la
maintenance de la cellule 21 et le démontage de l'instrument 20
d'observation, comporte les opérations successives suivantes :
- à partir de la configuration illustrée figure 3, rétractation du
capteur 26 au plus près du bouclier 25 ;
- extraction du premier module 201 de l'instrument incluant le
bouclier 25 de protection biologique, le capteur 26 d'observation et le
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mécanisme 27 de déplacement du capteur, hors de la cavité 22, à
l'extérieur 44 de la cellule (cf. figure 6);
- le cas échéant, remplacement du capteur d'observation équipant
ce module 201;
- insertion par l'extrémité externe 80 de la cavité 22, et
coulissement selon l'axe 33 et la flèche 70 (figure 7) d'un dôme 240
faisant partie d'un second module 2020 de remplacement, dans la cavité
22, jusqu'à proximité - ou au contact - de la face d'appui 204 du dôme
24 resté en place dans la cavité ;
- insertion et coulissement selon l'axe 33 et la flèche 71 (figure 8)
du premier module 201 dans la cavité 22, jusqu'au contact de la face
d'appui 203 du module 201 sur le dôme 240 de remplacement ;
- poursuite de la poussée exercée sur le module 201 (flèche 71
figure 9) afin de mettre en contact mutuel les deux modules 202, 2020 -
et/ou les deux dômes 24, 240 - et provoquer le déplacement du dôme 24
resté en place dans la cavité, jusqu'à son expulsion à l'intérieur de la
cellule, par appui du dôme/module de remplacement sur le
dôme/module resté en place.
A cet effet, la butée mobile 36 est momentanément escamotée
comme décrit ci avant. Après remise en position d'arrêt de cette butée
36, le dôme de remplacement est placé dans sa position définitive en
poursuivant la poussée exercée sur le module 201, puis ce dernier est
immobilisé par sa bride 51 prenant appui sur la face externe 23a de la
paroi 23.
