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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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Places du système RIC dans les spécifications d’exploitation
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6. Essais périodiques associés au système
Les essais périodiques principaux associés à l’utilisation du RIC sont les suivants.
Un essai de requalification fonctionnelle est effectué après les opérations de démontage et remontage des doigts de gant réalisées pour permettre les opérations de déchargement/rechargement des éléments combustible. Il s’agit simplement de vérifier que le remontage des doigts de gant a été fait correctement et que le fonctionnement mécanique est conforme aux spécifications. Cet essai est réalisé une fois par cycle avant chaque redémarrage.
Un autre essai est la vérification des isolements électriques des lignes des thermocouples ; cet essai est exécuté à chaque redémarrage. Il peut être accompagné, si nécessaire, par un recalage isotherme des thermocouples. Une fois atteintes les conditions nominales de température et de pression mais avant la première divergence, on procède au recalage des thermocouples. En l’absence de puissance neutronique et donc du phénomène de distribution de puissance, tous les thermocouples doivent indiquer la même valeur égale à la température d’entrée du cœur ; ils sont recalés, le cas échéant, afin de donner tous une mesure identique. Des coefficients de correction sont calculés et introduits dans l’ébulliomètre et le calculateur de tranche. Cet essai est effectué une fois par cycle.
Un essai de bon fonctionnement des détecteurs est réalisé avant chaque carte de flux complète soit, en principe, tous les mois. Il s’agit de déterminer la tension de polarisation des sondes et donc de tracer les courbes intensité débitée en fonction de la tension de polarisation appliquée. La forme de ces courbes I = f (HT) est caractéristique des chambres d’ionisation et possède un plateau, c’est‐à‐dire une zone pour laquelle l’intensité est indépendante de la tension (sur une certaine plage de variation de la tension de polarisation HT). Cette allure particulière est en effet la marque de bon fonctionnement du capteur ou encore sa signature. L’éventuelle absence du plateau permet de détecter un mauvais fonctionnement d’une sonde.
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Essais périodiques associés au 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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