Language
Country/Area
No result found
Pourquoi l'argent, le cadmium et l'hafnium sont-ils les éléments phares des barres de contrôle des centrales nucléaires ?
Dans le processus de production d'énergie nucléaire, les barres de contrôle jouent un rôle essentiel. Ils peuvent contrôler efficacement la vitesse de fission nucléaire pour garantir le fonctionnement sûr et stable du réacteur. Cet article explore pourquoi trois éléments, l'argent, le cadmium et le hafnium, sont considérés comme les éléments phares des barres de commande des centrales nucléaires et le rôle qu'ils jouent dans la production d'énergie.
Principe de fonctionnement de la tige de commande
Des barres de contrôle sont insérées dans le cœur d'un réacteur nucléaire pour réguler la vitesse de la réaction nucléaire en chaîne. Ces barres de contrôle sont constituées d’éléments chimiques capables d’absorber de grandes quantités de neutrons. Les représentants typiques de ces éléments sont l'argent, le cadmium et le hafnium.
L'insertion et le retrait des barres de commande affectent directement la réactivité du réacteur ainsi que l'énergie thermique et la puissance qu'il produit.
Il existe d'autres modèles de réacteurs tels que le réacteur à eau bouillante (REB), le réacteur à eau pressurisée (REP), etc., qui utilisent différents matériaux pour les barres de commande, en fonction de la distribution d'énergie de leurs neutrons. Lorsque l'indice de calcul de la réactivité du réacteur dépasse 1, la vitesse de la réaction nucléaire en chaîne augmentera rapidement avec l'indice de temps. Lorsque la réactivité est inférieure à 1, la vitesse de la réaction en chaîne diminuera progressivement.
Pourquoi l'argent, le cadmium et le hafnium ?
Ces trois éléments en font le premier choix pour les matériaux des barres de contrôle en raison de leurs propriétés spécifiques en matière d'absorption des neutrons. Par exemple, l’alliage argent-cadmium-nickel (AIC) est largement utilisé dans de nombreux réacteurs commerciaux à eau sous pression. Dans le même temps, le cadmium possède une bonne résistance mécanique et peut maintenir sa stabilité dans des environnements à haute température, ce qui en fait un excellent matériau absorbant les neutrons.
La résistance à la corrosion et la solidité de l'Hafnium en font un choix important dans les réacteurs destinés à certaines utilisations militaires.
Bien que l'argent, le cadmium et le hafnium offrent d'excellentes propriétés de capture des neutrons, la disponibilité et le coût de chaque élément affectent son utilisation dans la production d'énergie nucléaire. Prenons l'exemple de l'argent. Bien qu'il soit performant en matière de capture de neutrons, sa rareté limite sa faisabilité pour des applications à grande échelle.
Désirabilité matérielle et évaluation
Lors de la sélection des matériaux pour les barres de contrôle, les scientifiques prendront en compte non seulement l'efficacité de la capture des neutrons, mais également la résistance thermique du matériau, son usinabilité et les futurs facteurs de coût. Par conséquent, les combinaisons synthétiques courantes d'éléments, telles que l'acier à haute teneur en bore ou les alliages argent-cadmium, sont devenues le centre de recherche des scientifiques.
Les matériaux présentant une efficacité de capture et une durabilité plus élevées améliorent souvent la sécurité globale du réacteur.
Compte tenu de ces facteurs, le cobalt, le nickel et d'autres éléments de terres rares font également l'objet de recherches futures et pourraient être incorporés dans les matériaux de conception des barres de commande. Cela améliore non seulement la disponibilité, mais offre également plus d’options à l’industrie de l’énergie nucléaire.
Mesures de sécurité et d'urgence
La sécurité des réacteurs nucléaires repose en grande partie sur la conception des barres de commande. Les mécanismes de sécurité de la plupart des réacteurs modernes font descendre automatiquement les barres de commande dans le cœur pour arrêter rapidement la réaction en cas de panne de courant. Cette fonctionnalité est connue dans la communauté de l'énergie nucléaire sous le nom de « SCRAM » (Shutting Down Reactor Rapidly).
La capacité de réponse rapide des barres de contrôle est la base pour garantir le fonctionnement sûr du réacteur.
En ce qui concerne le BWR, bien que son mode de fonctionnement soit différent, une fois le besoin d'arrêt d'urgence survenu, le système hydraulique spécialement conçu placera immédiatement les barres de commande pour un arrêt en toute sécurité, montrant les considérations de sécurité importantes dans la conception du réacteur.
Conclusion
En résumé, les trois éléments argent, cadmium et hafnium sont des matériaux importants pour les barres de commande des centrales nucléaires. Leurs excellentes propriétés d'absorption des neutrons et d'autres propriétés physiques en font le choix privilégié dans la conception des réacteurs. Cependant, à mesure que nous explorons des sources d'énergie plus sûres et plus économiques, pouvons-nous trouver d'autres matériaux plus supérieurs et révolutionnaires pour remplacer ces éléments traditionnels ?
