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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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Mesure du niveau neutronique
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1. Critères de conception
La conception des systèmes d’instrumentation s’appuie sur une démarche rigoureuse qui comprend des choix de solution et des règles de conceptions dont les plus fondamentales sont issues de l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) ou de la Commission électrotechnique internationale (CEI).
En France, l’ensemble des documents normatifs qui gouverne le domaine de l’instrumentation nucléaire des réacteurs de puissance est le RCC-E (Règles de conception et de construction des matériels électriques des îlots nucléaires) édité par l’AFCEN (Association française pour les règles de conception et de construction des chaudières électronucléaires).
Un système d’instrumentation nucléaire doit être conçu en fonction de son rôle vis-à-vis de la sûreté.
Conformément à la classification de l’AIEA, on distingue les systèmes classés (importants pour la sûreté) et les systèmes non classés (non importants pour la sûreté).
Dans les systèmes classés, on distingue :
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les systèmes de sûreté dont la défaillance peut empêcher l’exécution d’un ordre automatique de sûreté ;
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les systèmes ayant un rapport avec la sûreté dont la défaillance peut compromettre la sûreté, par exemple en conduisant l’opérateur à émettre une commande injustifiée ou dangereuse.
Les différentes parties d’un système d’instrumentation nucléaires peuvent être classées ou non classées.
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