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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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Essais périodiques associés au système
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5. Exploitation de la mesure
5.1 Notions de carte de flux
On appelle carte de flux, le résultat du dépouillement des mesures effectuées par le système d’instrumentation interne mobile lors de la scrutation des 60 assemblages sélectionnés à cet effet, c’est‐à‐dire une distribution de puissance en trois dimensions sur le cœur.
Exécuter ou relever une carte de flux consiste donc à effectuer les onze passes (dix passes normales plus une passe d’intercalibration) nécessaires pour explorer les 60 assemblages avec les six sondes à fission. En cas de besoin, la procédure de secours peut être employée.
On distingue deux types de cartes de flux :
-
les cartes de flux complètes qui consistent à explorer les 60 assemblages ;
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les cartes de flux partielles pendant lesquelles on explore un nombre réduit d’assemblages.
5.1.1 Cartes de flux complètes
Les cartes de flux complètes sont celles qui délivrent l’information distribution de puissance avec la meilleure précision puisque le nombre d’assemblages mesurés est maximal. Elles sont effectuées chaque fois que l’on a besoin d’une mesure de référence, en général, pour démontrer la conformité du cœur c’est‐à‐dire vérifier que la valeur des facteurs de points chauds et leur évolution en fonction de l’épuisement sont conformes aux calculs prévisionnels de conception.
Ces cartes de flux sont exécutées pendant les périodes d’essais de démarrage et en cours de cycle.
Le temps d’exécution est de l’ordre de l’heure, ce qui implique que la distribution de puissance dans le cœur n’évolue pas pendant la mesure. La seule façon de respecter cette condition est de placer le cœur dans les conditions d’équilibre xénon qui, seules, permettent d’obtenir une parfaite stabilité. La recherche des conditions d’équilibre xénon n’est pas sans conséquences sur l’exploitation de la tranche puisqu’elle nécessite de fonctionner à puissance constante donc de retirer la tranche du suivi de réseau (ce qui prive l’exploitant d’une capacité réglante pour le réseau) et de contrôler toute oscillation axiale de xénon qui pourrait être...
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Exploitation de la mesure
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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