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Neutrons thermiques et neutrons rapides : en quoi les barres de contrôle diffèrent-elles dans les différents réacteurs nucléaires ?
Le développement de la technologie de l'énergie nucléaire repose sur la capacité de contrôler les réactions nucléaires, et les barres de contrôle sont les éléments clés de ce processus. Les différences de conception et de matériaux permettent de sélectionner la combinaison la plus appropriée de ces barres de commande dans différents types de réacteurs nucléaires. Cela affecte non seulement l’efficacité des réactions nucléaires, mais joue également un rôle important en matière de sécurité.
Les barres de contrôle sont généralement constituées d'éléments chimiques qui absorbent les neutrons thermiques ou rapides, notamment des éléments tels que le bore, le cadmium, l'argent, l'hafnium ou l'indium.
Comment fonctionne la tige de commande
La fonction principale des barres de contrôle est de réguler le taux de fission nucléaire dans le réacteur, contrôlant ainsi la génération de chaleur. Lorsque des barres de contrôle sont insérées dans le cœur d’un réacteur, elles absorbent des neutrons, ralentissant ainsi la vitesse des réactions nucléaires. Lorsqu'on souhaite augmenter la vitesse d'une réaction nucléaire, les opérateurs peuvent retirer partiellement les barres de commande ou les enfoncer pour supprimer la réaction.
Lorsque l'activité de réaction du réacteur est supérieure à 1, cela signifie que la réaction de fission nucléaire va s'accélérer rapidement ; au contraire, si l'activité est inférieure à 1, la vitesse de réaction diminuera progressivement avec le temps ;
Dans les réacteurs à eau sous pression (REP) et à eau bouillante (REB) modernes, la conception des barres de commande est très importante. Les REP insèrent généralement les barres de commande par le dessus du réacteur, tandis que la conception BWR nécessite une insertion par le bas pour éviter l'impact de la formation de vapeur sur le fonctionnement du réacteur.
Différences dans les matériaux utilisés pour les barres de commande
Différents réacteurs utilisent différents matériaux pour les barres de commande. Par exemple, les réacteurs à eau sous pression utilisent généralement des alliages argent-indium-cadmium, privilégiés pour leurs excellentes capacités de capture des neutrons, tandis que les réacteurs à eau lourde (REH) peuvent utiliser différents matériaux pour répondre aux besoins des neutrons rapides.
En plus de l'argent, de l'indium et du cadmium, les matériaux sélectionnés peuvent inclure des alliages d'acier, des borures ou d'autres produits chimiques pour améliorer les propriétés mécaniques et la longévité.
Avec l'évolution de la technologie, de nombreux nouveaux matériaux pour barres de commande sont développés, tels que le dioxyde de zirconium, le thorium et d'autres matériaux utilisés pour remplacer l'alliage traditionnel argent-indium-cadmium. Ces matériaux ont une meilleure stabilité dans les environnements à haute température. .
Sécurité du réacteur et mesures d'urgence
La conception des barres de commande implique non seulement le contrôle de la puissance, mais également la sécurité. Dans la plupart des réacteurs, les barres de commande sont reliées aux machines de levage via des dispositifs électromagnétiques. En cas de panne de courant, les barres de commande tomberont automatiquement dans le cœur en fonction de la gravité, ce qui constitue une mesure de sécurité. Cependant, le BWR nécessite l’utilisation d’eau spéciale à haute pression pour insérer rapidement les barres de commande en cas d’arrêt d’urgence.
Le processus d'arrêt rapide d'un réacteur est appelé « embrouillement » et constitue une étape critique dans les opérations de sûreté nucléaire.
Maintenir la stabilité du réacteur
Dans certaines conceptions, en plus des barres de commande, un absorbeur de neutrons soluble tel que l'acide borique est ajouté pour stabiliser davantage le fonctionnement du réacteur. De tels ajustements chimiques permettent au réacteur de retirer complètement les barres de commande pendant le fonctionnement en régime permanent, maintenant ainsi une distribution uniforme de la puissance et du flux.
Différents types de réacteurs nucléaires, tels que les réacteurs à neutrons rapides et les réacteurs à neutrons thermiques, nécessitent des capacités d'absorption des neutrons différentes, ce qui entraîne également des différences dans leur conception.
À mesure que la technologie évolue, nous comprendrons mieux comment ces matériaux et structures affectent la sécurité et l'efficacité des réacteurs. Après tout, de nouvelles innovations dans les matériaux des barres de contrôle peuvent-elles apporter des changements révolutionnaires à l’avenir de l’énergie nucléaire ?
