- Barre de contrôle (nucléaire)
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Barres de contrôle (2006)
Sommaire
Principe de fonctionnement
Une barre de contrôle est une « pièce mobile» de matériau neutrophage, servant à diminuer le Facteur de multiplication des neutrons par capture stérile de neutrons ; ces absorbants neutroniques permettent ainsi de contrôler des réactions en chaîne dans l'industrie nucléaire.
Un des moyens de contrôle du flux neutronique d'un réacteur nucléaire à eau légère (REP, REB, etc.) est l'insertion ou le retrait de ces barres de contrôle. En absorbant des neutrons le flux neutronique diminue, le nombres de fissions dans le cœur diminue ce qui entraîne une baisse de la puissance thermique du cœur.
Les barres de contrôle neutronique sont généralement placées verticalement. Elles sont insérées de haut en bas dans le cas d'un REP, et de bas en haut dans le cas des REB au vu de l'encombrement du sécheur de vapeur sur le haut du cœur. Les barres de contrôle sont partiellement retirées de la base pour permettre une réaction en chaîne de se produire. Le nombre de barres de contrôle ainsi que leur insertion dans le cœur permet de modifier la réactivité du réacteur.
Matériaux utilisés
Les éléments chimiques avec une haute section efficace d'absorption pour les neutrons thermique sont: l'argent, l'indium et le cadmium ainsi que le bore, le cobalt, l'hafnium, le dysprosium, le gadolinium, le samarium, l'erbium, et europium, et leurs alliages et composés : par exemple, acier hautement boré , alliage d'argent-indium-cadmium, carbure de bore, diborure de zirconium, diborure de titane, diborure d'hafnium, titanate de gadolinium et titanate de dysprosium. Le choix des matériaux est influencé par l'énergie des neutrons dans le réacteur, leur résistance au gonflement neutronique, et la durée de vie de ces matériaux liée à la résistance mécanique des matériaux sous irradiation.
Les barres de contrôle peuvent avoir la forme de tube en acier inoxydable rempli de pastille ou de poudre d'absorbants neutroniques. Le gonflement de la matière sous le flux neutronique peut provoquer des déformations, ce qui conduit à leur remplacement prématuré. La consommation des isotopes neutrophages est un autre facteur limitant la durée de vie des barres de contrôle.
Les alliages argent-indium-cadmium
La composition est généralement de 80% d'argent, 15% indium, et 5% Cadmium. Ce type de barre de contrôle est commun pour réacteurs à eau pressurisée . Cet alliage peut absorber des neutrons de différente énergie. Elles ont une bonne résistance mécanique et peuvent être facilement fabriquées. Il doit cependant être recouvert d'acier inoxydable pour éviter la corrosion.
Le bore
Le bore est un autre absorbeur de neutrons très utilisé. En raison de différentes sections efficaces d'absortion du 10B et du 11B, des matériaux contenant du bore enrichi en 10B par séparation isotopique sont fréquemment utilisés. Le spectre d'absorption large de bore permet de l'utiliser comme un bouclier de neutrons. Les propriétés mécaniques du bore pur ne correspondent pas aux exigences de sûreté, par conséquent, des alliages ou composés sont utilisés, généralement de l'acier hautement boré ou du carbure de bore.
L'hafnium
L'hafnium possède d'excellentes propriétés neutrophages pour les réacteurs utilisant de l'eau à la fois pour la modération et pour le refroidissement. Il a une bonne résistance mécanique, peuvent être facilement fabriqués, et est résistant à la corrosion dans l'eau chaude. L'hafnium peut être allié à de petites quantités d'autres éléments, pour améliorer ses propriétés mécanique et chimique.
Le titanate de dysprosium
Le titanate de dysprosium est un nouveau matériau en cours d'évaluation pour les barres de commande des réacteur à eau sous pression . Le titanate de dysprosium pourrait être le remplaçant des barre Ag-In-Cd parce qu'il a un point de fusion nettement plus élevée, n'a pas tendance à réagir avec les matériaux de revêtement, est facile à produire, ne produit pas de déchets radioactifs, ne gonfle pas, et ne dégaze pas . Il a été développé en Russie, et est recommandée par certains pour les réacteurs VVER et RBMK.
En France
Dans les réacteurs nucléaire civil français, on trouve, réparties sur le cœur du réacteur, 48 grappes de commande contenant chacune 20 crayons absorbants qui peuvent être introduits dans 48 des 177 assemblages combustibles. Chaque assemblage combustible dispose de 20 emplacements creux occupés par des tubes-guides pour les crayons absorbants. Dans les assemblages combustibles qui se trouvent dans des emplacements sans grappe de commande, une partie des tubes-guides est utilisée pour abriter les tiges de l'instrumentation du cœur. Celles-ci servent à surveiller la répartition du flux neutronique dans le cœur.
Les grappes de commande sont déplacées à l'aide de vérins électromagnétiques aménagés sur le couvercle de la cuve du réacteur. On règle la puissance en les insérant plus ou moins profondément dans le cœur du réacteur. L'arrêt d'urgence du réacteur intervient par la chute gravitaire de toutes les grappes de commande dans le cœur du réacteur. A cette fin, on coupe le courant des bobines électromagnétiques de maintien.
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