Acoustic characterization of microbubble clouds
Caractérisation acoustique de nuages de microbulles
Résumé
France has chosen to focus on liquid sodium cooled fast neutron reactors as part of its involvement in the GEN IV international forum. A prototype, ASTRID, is under development. This prototype must demonstrate the improvement of its safety and monitoring in operation. This passes, among other things, by the characterization of the sodium engulfment of the primary circuit.
Indeed, due to the presence of Argon as a cover gas, a bubble cloud exists in a normal and continuous manner in the primary circuit. Due to the opacity of liquid sodium, ultrasonic testing methods are preferred for inspections in operation. However, the presence of bubbles greatly affects the acoustic properties of the medium. In addition, the presence of bubbles could also affects the heat and neutron exchanges within the core, as well as boiling and cavitation phenomena. The characterization of this cloud therefore responds to these controllability issues and allows the validation of evolution calculation codes of the engazement such as VIBUL.
A bibliographic work has sought to determine the most appropriate methods of characterization to answer these problems. The strengths and weaknesses of each method were studied. The inversion methods of spectroscopic attenuation and velocity measurements seem particularly suitable. In order to minimize the prior knowledge of the bubble cloud, a method for determining the range of radii has been developed. This method has shown its ability to characterize clouds with void fractions between 10-6 and 10-4.
Then, in order to allow the characterization of clouds with void levels less than 10-6, the possibility of inverting spectroscopic measurements of the nonlinearity coefficient has been studied and demonstrated.
The results obtained offer numerous prospects for their industrial applications.
Dans le cadre de son implication dans le forum international GEN IV, la France a fait le choix de se focaliser sur les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium liquide. Un prototype, ASTRID, est en cours de développement. Ce dernier doit faire la démonstration de l’amélioration de sa sureté et de la surveillance en fonctionnement. Ceci passe, entre autre, par la caractérisation de l’engazement du sodium du circuit primaire.
En effet, du fait de la présence d’Argon en tant que gaz de couverture, un nuage de bulle existe de façon normale et continue dans le circuit primaire. L’opacité du sodium liquide, et les aptitudes spécifiques des méthodes ultrasonores justifient leur utilisation, privilégiée lors des inspections en opération. En effet, la présence de bulles pourrait altérer non seulement les échanges thermiques et neutroniques au sein du coeur, mais aussi les phénomènes d’ébullition et de cavitation ainsi que les propriétés acoustiques du caloporteur. La caractérisation de ce nuage répond donc à ces problématiques de contrôlabilité, elle permet aussi la validation de codes de calculs d’évolution de l’engazement tel que VIBUL.
Un travail bibliographique s’est attaché à déterminer les méthodes de caractérisation les plus adaptés pour répondre à ces problématiques en exploitant les forces et les faiblesses respectives. Ainsi, les méthodes d’inversion de mesures spectroscopiques d’atténuation et de célérité s’avèrent particulièrement robustes lorsqu’elles sont soutenues par des techniques de régularisation. Afin de limiter l’importance de l’arbitraire (a priori), l’intervalle des tailles des bulles du nuage est estimé préalablement à la distribution, durant la phase d’optimisation du paramètre de régularisation. Cette approche a montré sa capacité à caractériser des nuages dont les taux de vides sont compris entre 10−6 et 10−4.
Pour des taux de vides inférieurs à 10−6, la faisabilité d’une inversion de mesures spectroscopiques du coefficient de non-linéarité a été étudiée et démontrée.
Les résultats laissent entrevoir de nombreuses perspectives quant à leurs applications industrielles.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)