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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. Solutions technologiques
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6. Exploitation des mesures. Les fonctions
Les circuits de conditionnement délivrent un signal électrique représentatif du débit de fluence neutronique. Pour obtenir une chaîne d’instrumentation complète, il faut placer en aval des circuits de traitement qui réalisent les fonctions prévues par le concepteur du réacteur. Il s’agit d’élaborer les grandeurs physiques comme par exemple la puissance, le temps de doublement ou la réactivité, et de les exploiter. Il s’agit alors d’émettre des ordres d’action automatique et de présenter les résultats à l’opérateur pour lui permettre de connaître précisément la situation.
Les ordres d’action de sûreté consistent généralement à comparer une grandeur mesurée à un seuil qui se traduira en cas de franchissement par l’ouverture d’un contact pris en compte dans un traitement logique de déclenchement.
La présentation à l’opérateur peut prendre des formes variées en fonction de la technologie retenue pour la salle de commande : ce peut être des galvanomètres, des enregistreurs ou des écrans informatiques.
Chaque concepteur de réacteur définit les fonctions à remplir pour la sûreté et pour la conduite. Le système d’instrumentation constitue une solution matérielle qui va précisément distinguer les fonctions de sûreté (ou de protection) et les fonctions de conduite (ou de contrôle).
La dynamique à couvrir s’étend sur près de onze décades et une seule chaîne de mesure ne peut pas fonctionner sur une telle étendue. Il faut mettre en œuvre plusieurs chaînes de mesure.
Pour simplifier, un système d’instrumentation nucléaire, doit couvrir deux grands domaines d’opération :
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le domaine de l’arrêt et de la montée en puissance ;
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le domaine de la marche en puissance.
6.1 Fonctions pour l’arrêt et la montée en puissance
À l’arrêt, et pendant la plus grande partie de la dynamique de montée en puissance le réacteur ne produit pas assez d’énergie pour provoquer une élévation sensible de la température. On s’intéresse plus à la vitesse d’évolution du réacteur qu’à la mesure précise de la puissance. Pour cela on a besoin d’une instrumentation qui couvre une grande dynamique en délivrant une information fidèle...
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