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Auteur(s)
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Jean-Pierre BUREL : Ingénieur Génie atomique - Docteur Instrumentation nucléaire - Ingénieur au département Systèmes et électronique de sûreté, Schneider Electric SA
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Lire l’articleINTRODUCTION
La conduite et la sûreté des réacteurs nécessitent de maîtriser la puissance nucléaire à partir des mesures des rayonnements émis par le cœur. Dans tous les cas, la puissance est caractérisée par sa valeur globale et par sa période sur toute la dynamique de fonctionnement du réacteur. Dans le cas des réacteurs de grandes dimensions, il faut en plus surveiller sa répartition dans le volume du cœur.
Le niveau neutronique varie de manière considérable entre l’arrêt et la marche en puissance. Lorsque le réacteur est en puissance, le niveau neutronique représente 5 × 1010 fois le niveau correspondant à l’arrêt. Cette dynamique très importante impose d’utiliser plusieurs détecteurs pour suivre le niveau de puissance. De manière imagée, si l’on prend le centimètre comme unité correspondant au niveau neutronique à l’arrêt, le niveau de la puissance nominale correspond alors à 5 × 1010 cm soit 500 000 km, soit approximativement à la distance de la terre à la lune.
Si pendant le fonctionnement, les limites sur la puissance, sur la vitesse d’évolution et même sur la répartition dans le cœur sont atteintes, il faut arrêter rapidement le réacteur en faisant chuter les absorbants de commande.
Selon la taille du réacteur et selon les choix du concepteur du réacteur, la surveillance des paramètres nucléaires se fait par l’intermédiaire de deux systèmes d’instrumentation distincts :
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le système d’instrumentation hors cœur qui couvre l’ensemble de la dynamique, et qui s’appuie sur des détecteurs placés à l’extérieur du cœur, et plus précisément de la cuve du réacteur pour les réacteurs de puissance ;
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le système d’instrumentation en cœur qui peut être soit fixe et permanent, soit mobile et périodique.
Cet article présente les systèmes d’instrumentation hors cœur basés sur les mesures neutroniques qui permettent de maîtriser la puissance des réacteurs nucléaires. Il complète l’article sur l’électronique associée aux détecteurs de rayonnements et celui consacré aux détecteurs.
On s’intéresse particulièrement aux réalisations en France mais d’autres réalisations sont présentées comme l’instrumentation des réacteurs VVER.
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Choix des détecteurs
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3. Chaînes d’instrumentation hors cœur
L’instrumentation nucléaire hors cœur regroupe l’ensemble des moyens qui permet de mesurer instantanément la puissance du réacteur, à partir de la détection des neutrons qui sortent du cœur, et d’extraire de cette mesure, par des traitements appropriés, les paramètres importants comme le temps de doublement, la réactivité et dans certains cas la distribution axiale de puissance. La répartition des traitements dans les parties classées ou non classées du système fait l’objet d’une étude fondamentale au moment de la conception du réacteur.
Les moyens sont constitués par les détecteurs de neutrons, les câbles et les modules électroniques qui peuvent réaliser un traitement analogique ou numérique des signaux.
De manière générale, on appelle chaîne de mesure l’ensemble des éléments associés à un détecteur de neutron.
La partie électronique d’une chaîne de mesure hors cœur comprend deux ensembles principaux comme cela est représenté sur la figure 1.
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Un ensemble de conditionnement élabore les signaux électriques représentatifs du débit de fluence neutronique qui règne au niveau du détecteur. Le conditionnement rassemble l’alimentation haute tension nécessaire pour la polarisation du détecteur, les alimentations basse tension, l’amplification du signal et les circuits de surveillance. La technologie du conditionnement est essentiellement une technologie analogique. La mise en forme du signal de sortie dépend de la technologie utilisée pour traiter le signal en aval : technologie analogique ou numérique.
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Un ensemble de traitement qui rassemble l’ensemble des traitements fonctionnels comme le calcul du temps de doublement, de la puissance, la comparaison à des valeurs de seuil, etc. Les traitements fonctionnels sont propres à chaque réacteur même si de nombreuses similitudes peuvent exister. L’ensemble de traitement peut être réalisé soit avec une technologie analogique, soit avec une technologie numérique programmée à microprocesseur. Dans le cas d’un traitement programmé, il est possible de rassembler dans une même unité les traitements de plusieurs chaînes.
Une chaîne de mesure ne permet pas de couvrir...
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