De la fission aux nouvelles filiÃ¨res - Cenbg - IN2P3

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La variation de réactivité qui y correspond est donnée par: η ⎛ σ ⎞ Δ = − ⎜ ⎟ Nd + Smϕ0 ρ fγ 1 (118) ν ⎝ λPm ⎠ Pour un flux, juste avant l'arrêt du réacteur, de ϕ 0 =2 10 14 cm -2 s -1 , la variation de réactivité asymptotique s'élève à ρ ∞ =-2.1%. Figure 25: Modification de l'anti-réactivité due au Samarium-149 pendant l'exploitation du réacteur Lorsque le réacteur est redémarré, l'équilibre de concentration va à nouveau être atteint (voir Figure 12). Pour démarrer le réacteur un minimum d'excès de réactivité est nécessaire par rapport à la situation d'équilibre comme illustré à la Figure 12. 5.5.2 Empoisonnement de Xénon Pour calculer le changement de réactivité dû à la produ ction de 135 Xe, nous devons établir l'évolution de la concentration en fonction du temps. Le produit de fission 135 Xe est pour une petite partie directement formé par la fission d' 235 U avec un rendement de fission de γ Xe =0.25%, mais la plus grande partie est formée par décroissance du 135 Te. Ce nucléide a un rendement de fission de γ Te =3.3% pour la fission de 235 U et décroît ensuite selon la réaction: 135 52 − β 19.2s Te⎯⎯⎯ → 135 53 − β 6.6h I ⎯⎯⎯→ 135 54 β 9.2h Xe⎯⎯⎯→ − − β 2.610 yr Cs⎯⎯⎯⎯ → Ba ( stabi el) (119) Le taux de production de 135 Te dépend du flux et la vitesse de décroissance dépend de la période du nuclide. Le nuclide 135 I est directement formé par la fission de 235 U avec un rendement de fission de γ I =3.1%. Etant donné que la demi-vie du 135 Te est très courte, nous considérons l' 135 I comme produit de fission primaire avec un rendement de fission de γ Te-I =γ Te +γ I =6.4%. L'évolution de la concentration en 135 I en fonction du temps N I peut alors être décrite par: 135 55 6 135 56 dN dt I = γ − Σ ϕ − λ N (120) I Te f I I 110
L'évolution de la concentration de 135 Xe en fonction du temps N Xe dans le réacteur peut alors être décrite par: dN dt Xe = λ N + γ Σ ϕ − λ N − N σ ϕ (121) I I Xe f Xe Xe Xe Xe Quelques jours après avoir travaillé à puissance constante, apparaît une situation d'équilibre (dN I /dt=0, dN Xe /dt=0) avec une concentration d'équilibre N Xe0 de 135 Xe qui est donnée par: N Xe λI N I 0 + γ XeΣ f ϕ ( γ I − Te + γ Xe ) Σ fϕ 0 = = (122) λ + σ ϕ λ + σ ϕ Xe Xe Xe Xe La diminution de réactivité qui est en rapport avec la concentration d'équilibre s'élève à: N σ ( γ γ ϕ Xe Xe I − Te + Xe) Σ 0 f σ Xe ( γ I −Te + γ Xe ) σ Xeϕ ηf Δρ = − f = − f = − Σ λ + σ ϕ Σ λ + σ ϕ ( ) ( ) ν a splijtstof Xe Xe a splijtstof Xe Xe (123) Pour des réacteurs à eau légère on obtient pour un enrichissement moyen de 2.5% 235 U η=1.8, ν=2.4 et f=0.8. Dans la Figure 26, la concentration d'équilibre est donnée comme fonction du flux ϕ. En dessous d'un flux moyen de 10 12 neutrons par cm -2 .s -1 l'empoisonnement au Xe ne joue aucun rôle. A mesure que le flux neutronique s'élève, la concentration d'équilibre augmente jusqu'à une valeur maximale pour un flux d'environ 10 15 neutrons par cm -2 .s -1 . Dans ce cas la perte de réactivité dans les situations d'équilibre est égale à: η Δρ = − f ( γ I −Te + γ Xe ) ≈ −4% (124) ν Figure 26: L'évolution de la réactivité d'équilibre du Xe en fonction du flux stationnaire Lorsque le réacteur est arrêté, le flux va baisser rapidement jusqu'à une valeur négligeable. Par conséquent la concentration en xénon N Xe va d'abord augmenter car il n'y a plus de xénon qui disparaît par capture neutronique et la production de 135 Xe par décroissance de 135 I va plus vite que la décroissance de 135 Xe vers 135 Cs. Après un certain temps un maximum est atteint en concentration en xénon et donc un empoissonnement en xénon, après quoi la concentration en xénon diminue à cause 111
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PORQUET Marie-Geneviève CSNSM - B
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