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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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Exploitation des mesures. Les fonctions
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5. Circuits de conditionnement
Chaque détecteur est associé à des circuits de conditionnement qui dépendent du signal délivré. On distingue quatre grands types de « circuits de conditionnement » :
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les circuits pour les impulsions ;
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les circuits de mesure de courant (gamme étendue) ;
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les circuits linéaires de mesure de courant (gamme fixe) ;
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les circuits pour les fluctuations.
En plus des fonctions propres à la mise en forme du signal, le conditionnement regroupe les fonctions de support comme l’alimentation haute tension pour polariser le détecteur et les alimentations basse tension qui sont nécessaires au bon fonctionnement des circuits eux-mêmes. Comme toute instrumentation utilisée pour la sûreté du réacteur, le conditionnement est complété par des fonctions de surveillance pour garantir de la validité de la mesure. Ainsi, les circuits de conditionnement sont équipés de moyens pour signaler les variations importantes de la haute tension, les défauts de connexion et la mise en position de test qui rend le circuit inactif pour la mesure.
La définition de chacune de ces chaînes dépend de la technologie (analogique ou numérique) mise en œuvre pour le traitement. On se limite volontairement aux fonctions propres à l’élaboration du signal utile, on ne décrit pas les fonctions de surveillance.
5.1 Conditionnement pour les impulsions
Un circuit de conditionnement pour les impulsions délivre un signal dont l’exploitation donne accès à la valeur du taux de comptage. Quelle que soit la technologie du traitement situé en aval (analogique ou numérique), le conditionnement pour les impulsions comprend toujours un préamplificateur et un amplificateur discriminateur d’amplitude pour éliminer les impulsions parasites induites par les gamma.
Les impulsions arrivent de manière aléatoire et la répartition dans le temps est bien décrite par une loi de Poisson. Ce caractère aléatoire est mis en évidence par l’augmentation importante de la fluctuation relative du taux de comptage lorsque le niveau devient faible (de l’ordre de 1 cps). Ce point explique la difficulté de mesurer le taux de comptage car il y a antagonisme entre la nécessité d’une mesure peu fluctuante pour la précision de la mesure et celle d’une mesure rapide pour réagir rapidement. Pour réduire la fluctuation de la mesure, il est nécessaire de filtrer le signal au détriment de la...
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