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Auteur(s)
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Jean-Lucien MOURLEVAT : Adjoint du Chef du Département Performances Cœur à Framatome - ANP
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Lire l’articleINTRODUCTION
La conduite et la sûreté des réacteurs nucléaires, de quelque filière qu’ils soient, nécessitent de mesurer l’énergie fournie par les fissions des noyaux d’uranium 235, donc la puissance nucléaire.
Dans tous les cas, la mesure de cette puissance fait intervenir des mesures des rayonnements émis par le cœur du réacteur et plus particulièrement du flux de neutrons. Les paragraphes qui suivent vont donc décrire comment on mesure le flux de neutrons à l’intérieur du cœur, mais avant d’entrer dans une description détaillée, il convient de s’attarder sur une particularité fondamentale des réacteurs nucléaires.
Les lois de la physique neutronique veulent que la puissance ou le flux neutronique ne se répartissent pas de façon uniforme à l’intérieur du volume du réacteur. Il existe des endroits où la puissance est plus élevée qu’en d’autres, typiquement au centre du réacteur par comparaison à la périphérie. On parle alors de points chauds.
C’est bien sûr aux points chauds que la puissance fournie se rapproche le plus des limites de conception, voire de sûreté d’où l’obligation de connaître parfaitement la valeur de la puissance et donc de mesurer le flux neutronique en ces points. Ce phénomène de répartition non uniforme de la puissance doit être compris comme un phénomène physique se produisant au sein du réacteur dans tout son volume. On parle alors de distribution de puissance en trois dimensions ou plus simplement de distribution de puissance 3D. Il existe également un autre phénomène physique limitatif associé à la distribution de puissance mais plus particulièrement lié à la puissance moyenne de chaque crayon (intégrale de la puissance de chaque crayon suivant la direction axiale) plutôt qu’à la puissance locale, qui est l’apparition du phénomène de caléfaction. Ce phénomène, en créant un film de vapeur isolant qui réduirait l’échange thermique entre une partie du crayon combustible et le fluide primaire, pourrait provoquer, s’il se produisait, une augmentation de la température de la gaine entraînant une dégradation des propriétés mécaniques de celle-ci ainsi qu’une réaction d’hydruration de l’alliage métallique (Zircalloy) la constituant.
La distribution de puissance est un paramètre qui évolue dans le temps avec une constante de temps à court terme, liée essentiellement aux variations de puissance réalisées chaque jour par l’exploitant lors des opérations de conduite du réacteur, et une constante de temps à long terme dépendant de l’épuisement du combustible. Elle peut donc se distordre plus ou moins rapidement. Au cours de ces déformations, le ou les points chauds se déplacent dans le cœur et changent à la fois d’amplitude et de localisation.
L’instrumentation neutronique a pour fonction non seulement de mesurer le niveau de puissance mais aussi la distribution de puissance ou de flux neutronique en 3D et, en particulier, la valeur de la puissance locale fournie aux points chauds. Dans la suite de l’exposé, on assimilera, en première approximation, distribution de flux et distribution de puissance.
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Exploitation de la mesure
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4. Configurations et fonctionnement du système
4.1 Premier montage des doigts de gant
Les doigts de gant n’ont pas la rigidité suffisante pour tenir verticalement dans le cœur sans support extérieur. On ne peut donc les introduire qu’après le chargement lorsque les assemblages combustible sont en place.
Avant et pendant le premier chargement, la piscine réacteur est pleine : pour éviter un écoulement d’eau dans la salle d’instrumentation, la vanne d’isolement manuelle est fermée et obstrue le passage permettant l’introduction des doigts de gant.
Les vannes d’isolement automatiques ainsi que les tubes de liaison les reliant aux unités de commande ne sont pas encore montés laissant un accès facile à l’entrée de la buselure d’étanchéité.
Une fois le cœur chargé, les doigts de gant sont présentés devant la buselure d’étanchéité puis introduits et poussés à la main à travers la buselure d’étanchéité, jusqu’à la vanne d’isolement manuelle. La vanne d’isolement manuelle est alors ouverte, ce qui a pour effet de reporter la pression statique (due à la hauteur d’eau depuis le sommet de la piscine) jusqu’à la buselure d’étanchéité.
Le couple de serrage de la buselure est alors ajusté pour permettre l’introduction du doigt de gant et réaliser simultanément l’étanchéité alors que le doigt de gant circule dans la buselure. C’est la fonction étanchéité dynamique dont nous avons parlé au paragraphe 3.2.4.5, qui est ici assurée.
Après introduction complète du doigt de gant, le couple de serrage de la buselure est ajusté à la valeur qui permet de résister à la pression primaire nominale soit 155 bar. C’est alors la fonction étanchéité statique qui est réalisée.
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Configurations et fonctionnement du système
1 Annexe – Description des traitements effectués
(Développement mathématique réalisé par Gérard RIO, Département Développement Technique Procédé à Framatome - ANP)
HAUT DE PAGE1.1 Calcul de la distribution de puissance théorique
On a vu précédemment que l’on avait besoin de comparer la puissance (activité) mesurée et la puissance (activité) calculée dans les assemblages instrumentés.
Le signal issu de la mesure par les détecteurs à fission étant proportionnel à un taux de fission dans la partie sensible de la sonde, il est nécessaire que les modèles théoriques utilisés puissent calculer la même information physique. Il faut également que cette information ait le même degré de finesse au point de vue de la discrétisation spatiale.
Le taux de fission ou activité dans le détecteur est donné par la relation :
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