De la fission aux nouvelles filières - Cenbg - IN2P3

Pour les réacteurs de puissance qui souvent sont en fonctionnement un an ou plus, il peut y avoir une
grande différence de réactivité entre la réactivité d'un cœur neuf au début de l'exploitation et la
réactivité une année ou plus après avoir été en fonctionnement. C'est en pratique infaisable et
physiquement non attractif de compenser cette différence de réactivité par des barres de réglages. C'est
pourquoi on utilise une régulation de la réactivité compensatoire sur base d'un absorbeur de neutron
consommable ou sur base de la variation de la teneur d'acide borique (utilisé dans des réacteurs
modérés à l'eau).
La régulation de la réactivité compensatoire sur base d'un neutrophage consommable repose sur un
matériau avec une absorption neutronique élevée qui peut être incorporé dans le modérateur, le
combustible, l'assemblage (gainage) ou des plaques ou barreaux. Lors de l'absorption d'un neutron, un
noyau avec une grande section efficace pour l'absorption neutronique est changé en un noyau avec une
petite section efficace pour l'absorption neutronique, alors on parle d'un poison neutronique
consommable. Par un choix précis de la concentration en poison au début de l'exploitation on peut
compenser la variation de réactivité due à la fission de l'uranium, en grande partie par la
consommation du poison. Des exemples de poison sont le bore et le gadolinium.
Par opposition aux poisons solides, l'emploi de l'acide borique a l'avantage que l'effet de réactivité
pendant le fonctionnement peut être influencé par une modification de la concentration en acide
borique. L'avantage est une distribution d'absorption plus homogène et ainsi une distribution de
puissance plus homogène que dans le cas avec seulement des barres de réglages. Le cœur peut rester,
en grande partie, libre de barres de contrôle. Par une modification de la concentration en acide
borique, les changements de réactivité à long terme, entre autre causés par la fission de l'uranium,
seront compensés.
Aussi pendant le changement de combustible, la sous-criticité peut être diminuée de manière
additionnelle par une augmentation de la concentration en acide borique. L'effet de l'acide borique est
dépendant de la situation de fonctionnement et s'élève à environ 10 pcm par ppm. Les concentrations
en acide borique varient entre 0-2000 ppm.
4.4 L'arrêt du réacteur
Mis à part le démarrage et le réglage du réacteur en fonctionnement, le réacteur doit pouvoir être
arrêté. Pour arrêter le réacteur et donc faire diminuer la puissance, il faut interrompre rapidement la
réaction en chaîne par l'introduction d'une grande réactivité négative. Cela se produit généralement par
l'introduction des barres de contrôle ou par un arrêt d'urgence par l'introduction des barres de sécurité.
Pour certains réacteurs expérimentaux, il existe d'autres manières de stopper le réacteur.
La solution des équations cinétiques pour l'introduction d'une grande réactivité négative peut être
décrite par :
t
t
1 − 1
0 80
10
−
184
n(
t)
= n e = n0
(94)
1+
( −ρ
) 1+
( −ρ
)
$
Cette équation est valable à partir de quelques secondes après l'apport de réactivité quand la
population de neutrons prompts a disparu et seulement le groupe de précurseurs avec de long temps de
décroissance reste. L'équation (47) montre que la population neutronique est réduite directement à 1/
(1+ (-ρ $ )) de sa valeur originale. On voit donc que la réactivité exprimée en dollars décrit directement
la diminution prompte de puissance. Le reste de la puissance diminue lentement avec une constante de
temps caractéristique de 80 s. Cela à pour conséquence que la puissance diminue seulement d'une
décade toutes les 184 secondes. Il est clair qu'après l'arrêt du réacteur, une grande quantité d'énergie
est présente, celle-ci est stockée dans le système, dans le groupe de précurseurs à longue demi-vie. La
quantité d'énergie, appelée énergie résiduelle, doit être évacuée de manière efficace.
$
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