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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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Réalisations en France
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7. Exploitation des mesures. Solutions technologiques
Deux solutions technologiques sont mises en œuvre pour l’instrumentation nucléaire hors cœur : une technologie analogique plus ancienne et une technologie numérique programmée qui tend à se généraliser.
7.1 Technologie analogique
La technologie analogique se caractérise par un assemblage de modules électroniques dans lesquels les fonctions sont réalisées par des composants reliés entre eux « par câblage ». On dit aussi qu’il s’agit d’une technologie câblée. Les composants sont discrets et peuvent être des amplificateurs opérationnels, des transistors, des résistances, des condensateurs, etc.
Un exemple typique d’un système élémentaire d’instrumentation en technologie analogique est représenté sur la figure 2. Le schéma représente une voie complète pour couvrir toute la dynamique de mesure. Il faut trois chaînes de mesure :
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une chaîne impulsionnelle pour couvrir le bas niveau (arrêt et début de la montée en puissance) ;
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une chaîne de mesure en courant pour couvrir la montée en puissance ;
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une chaîne de mesure linéaire pour assurer le fonctionnement en puissance.
7.2 Technologie numérique
La technologie numérique ou programmée se distingue par le fait que l’essentiel des fonctions de traitement est contenu dans un programme informatique mémorisé dans le système.
Un exemple typique d’un système élémentaire d’instrumentation en technologie numérique est représenté sur la figure 3.
Pour réaliser les mêmes fonctions que celles de la solution analogique, on n’a besoin que de deux chaînes d’instrumentation :
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une chaîne de conditionnement impulsionnelle pour le bas niveau ;
-
une chaîne de conditionnement en courant pour le haut niveau.
Pour simplifier le système, l’ensemble des traitements des deux chaînes peut être réalisé dans une même unité programmée. Toutes les sorties analogiques disponibles peuvent être identiques à celles d’une solution analogique...
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