Introduction à la nécessité de modéliser la réponse de l'instrumentation neutronique
Instrumentation neutronique du réacteur EPR - Excore – SPND – AMS

Le réacteur EPR est un réacteur de troisième génération qui exploite des dispositifs de sûreté améliorés. Ces dispositifs permettent d'assurer la mission des trois fonctions principales de sûreté, avec un haut de niveau de performance et de redondance :

• contrôle de la réactivité ;

• refroidissement du cœur ;

• confinement de la radioactivité.

Dans ce but, les caractéristiques de la puissance dans le cœur, par exemple le niveau moyen de puissance, la distribution de puissance interne ou les facteurs de pics de puissance doivent être connus et surveillés. Cette surveillance est effectuée en continu ou sur requête.

Dans tous réacteurs nucléaires de puissance, la génération de puissance étant issue des fissions nucléaires induites par les neutrons, ceux-ci s'appuient généralement sur des détecteurs neutroniques. Cette instrumentation nucléaire s'ajoute à l'instrumentation conventionnelle couramment utilisée pour mesurer des grandeurs thermohydrauliques, c'est-à-dire mesures de débit par variation de pression autour d'éléments déprimogènes, mesure de température par sondes à résistance variable ou thermocouples, mesure de pression par déformée de membrane.

En particulier, sur le réacteur EPR, la surveillance des caractéristiques de la puissance nucléaire exploite les instrumentations nucléaires détaillées ci-dessous. Celles-ci se trouvent soit à l'extérieur de la cuve, soit dans le cœur :

• instrumentation hors de la cuve, c'est-à-dire excore :

  • • chambres de niveau source (CNS),

  • • chambres de niveau intermédiaire (CNI),

  • • chambres de niveau puissance (CNP) ;

• instrumentation en cœur, c'est-à-dire incore :

  • • fixe : collectrons ou Self Powered Neutron Detectors au cobalt (Co-SPND),

  • • mobile : billes de vanadium faisant partie du « Aeroball Measurement System » (AMS).

L'objectif de ces détecteurs est de convertir le flux de neutron en information mesurable de manière conventionnelle, comme un signal électrique. Pour chaque instrumentation, on présente dans les parties suivantes les détails concernant la localisation, le mécanisme de génération du signal utile ainsi que les utilisations fonctionnelles de ce signal. Ces utilisations occasionnent, sur le réacteur EPR, les réponses graduées suivantes :

• actions de contrôle permettant de ramener un paramètre surveillé dans sa bande de fonctionnement normal autour d'une consigne de régulation ;

• déclenchement d'alarmes, lorsque le paramètre sort de son domaine de fonctionnement normal défini à partir de marges sur les critères physiques de sûreté. Ces alarmes peuvent s'accompagner d'actions passives ou actives permettant de faciliter le retour dans le domaine de fonctionnement normal avec un impact limité sur l'exploitation du réacteur ;

• chute partielle des grappes du réacteur conduisant à la baisse rapide mais partielle de la puissance nucléaire générée par le cœur. Cette action constitue un moyen plus fort de retour dans le domaine de fonctionnement normal permettant d'éviter, si possible, un arrêt automatique du réacteur et ainsi limiter l'impact sur l'exploitation ;

• arrêt automatique du réacteur conduisant à l'arrêt total de la réaction neutronique en chaîne et de la génération de puissance associée dans le cœur, avant l'atteinte de critères physiques de sûreté.

L'objectif de l'article est de détailler le besoin d'instrumentations nucléaires, les mécanismes conduisant au signal puis les traitements et utilisations fonctionnelles de ces détecteurs.