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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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4. Choix des détecteurs
Pour avoir plus de détail, on pourra se référer aux articles spécialisés [B 3 420] et [B 3 430].
Pour concevoir un système d’instrumentation hors cœur, il convient de choisir les détecteurs en fonction de la dynamique du flux neutronique à couvrir et du débit de dose gamma, ces paramètres devant être précisés à l’emplacement du détecteur.
4.1 Bas niveau neutronique
À bas niveau, le nombre de neutrons disponibles et le flux neutronique sont faibles, mais le débit de dose gamma peut être élevé. Les seuls détecteurs utilisables pour avoir une information purement neutronique sont les détecteurs impulsionnels : compteurs proportionnels ou chambres à fission.
Pour simplifier l’écriture, il est convenu que l’unité de débit de fluence neutronique a les dimensions du produit d’une densité de neutron et d’une vitesse et qu’elle est notée nv. L’unité de taux de comptage est le coup par seconde notée cps.
Les principaux détecteurs impulsionnels sont les suivants.
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Compteurs proportionnels à He 3
Ils sont très sensibles aux neutrons (entre 50 cps/nv et 200 cps/nv) mais ils sont aussi très influençables par les gamma (< 0,5 Gy/h). Ces détecteurs ne peuvent être utilisés que derrière des protections efficaces contre les gamma.
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Compteurs proportionnels à dépôt de bore
Ils ont une sensibilité plus faible que les compteurs à hélium (sensibilité comprise entre 4 et 20 cps/nv) mais ils supportent des débits de dose gamma plus importants, compatibles avec l’utilisation hors cœur (< 10 Gy/h).
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Compteurs proportionnels à BF3
Ils ont des caractéristiques proches de celles des compteurs à dépôt de bore mais présentent une durée de vie limitée due à la dissociation de la molécule de BF3 lorsque le détecteur...
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