Les outils de pilotage des réacteurs
Le contrôle de la réaction en chaîne s’obtient en faisant varier dans le cœur la quantité de matériaux absorbant les neutrons. Il y a d’abord l’objectif de la sûreté : éviter la divergence de la réaction en chaîne et un accident. Ensuite il y a la nécessité de commander à tout moment la puissance fournie par le réacteur.
On dispose pour cela de deux moyens complémentaires : des crayons absorbants groupés en « grappes de contrôle » plus ou moins introduites dans le cœur ; L’introduction d’un absorbant de neutrons soluble, l’acide borique, en acide borique, un absorbant de neutrons dilué en faible concentration dans l’eau primaire.
L’acide borique présente l’avantage d’être réparti uniformément dans le volume du cœur, mais sa concentration ne varie pas rapidement. Maniables, les grappes de contrôle servent à réguler la puissance du réacteur. Elles sont aussi introduites très rapidement dans le cœur, lorsqu’il est souhaitable de provoquer l’arrêt du réacteur à titre préventif ou en cas de situation accidentelle. La chute des grappes de commande assure alors l’arrêt immédiat du réacteur.
Grappes de contrôle
Modèle d’un assemblage combustible de réacteur à eau pressurisée montrant en haut la tête de la grappe de commande et au milieu les tubes guides des barres de contrôle parmi les crayons combustibles qui ont été coupés pour la visibilité. Les crayons absorbants sont suspendus à une pièce de structure appelée « araignée », qui permet de commander simultanément le mouvement des 24 crayons à l’aide d’une tige unique qui traverse le couvercle de la cuve.
© Framatome
Environ un tiers des assemblages combustibles du cœur du réacteur sont équipés de grappes de commande. Chaque grappe est constituée de 24 crayons absorbants coulissant dans les tubes-guides d’un même assemblage combustible.
Ces crayons sont suspendus à une pièce de structure appelée « araignée », qui permet de commander simultanément le mouvement des 24 crayons à l’aide d’une tige unique qui traverse le couvercle de la cuve. Le déplacement vertical de la tige de commande est obtenu grâce à des mécanismes situés au-dessus du couvercle.
La montée ou la descente des grappes se fait normalement par une succession de petits déplacements vers le haut ou vers le bas. On peut ainsi monter ou descendre la grappe, pas à pas, ou encore obtenir la libération de la tige et donc la chute de la grappe par gravité. Le temps de chute est de l’ordre de 2 secondes, mais la grappe agit dès le début de l’insertion.
Les réacteurs REP français sont équipés de deux types de grappes, dites noires et grises. Les grappes noires sont très absorbantes : leurs 24 crayons sont constitués d’une barre en alliage Argent-Indium-Cadmium (AIC) ou en carbure de bore (B4C), deux matériaux qui capturent fortement les neutrons. Les grappes grises ne contiennent que 8 crayons absorbants, les 16 autres étant de simples crayons en inox : l’ensemble est beaucoup moins absorbant. Les grappes ne sont pas manœuvrées une par une, mais par groupes de 4 ou de 8 grappes distribuées dans le cœur de façon symétrique.
Intervention sur les barres de contrôle d’un réacteur de la centrale EDF de Civaux.
© Clefs-CEA
On distingue ainsi :
– des groupes d’arrêt maintenus impérativement entièrement sortis en position haute quand le réacteur est en fonctionnement ; ce sont des grappes noires, dont le nombre est choisi pour que leur chute entraîne aussitôt l’arrêt de la réaction en chaîne ;
– des groupes de grappes grises et de grappes noires, asservis à la puissance de fonctionnement ;
– un groupe de grappes grises de régulation, asservi à la température moyenne de l’eau primaire.
Quand des assemblages MOX sont introduits dans le cœur, il est nécessaire d’ajouter des grappes de commande pour contrôler la réactivité.
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