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Barres de commande d'une centrale nucléaire

Barres de commande d'une centrale nucléaire

Les barres de contrôle ou barres de commande des centrales nucléaires sont les éléments qui permettent de réguler la puissance du réacteur. C'est un élément essentiel de la sûreté des réacteurs. Sans eux, la puissance du cœur du réacteur augmenterait de manière incontrôlable.

Les réactions nucléaires qui ont lieu à l'intérieur d'un réacteur à fission se produisent en chaîne. En d'autres termes, chaque fois qu'un neutron frappe un atom, l'atom se divise et émet un ou deux neutrons supplémentaires. Les neutrons libérés peuvent avoir un impact sur d'autres atomes, de sorte que se produiraient plus réactions par unité de temps.

Les barres de commande sont des tubes cylindriques constitués d'un matériau absorbant les neutrons. Ce matériau peut être du carbure de bore ou des alliages d'argent, d'indium et de cadmium.

Les dimensions des barres de commande sont les mêmes que celles des assemblages combustibles.

À quoi servent les barres de contrôle dans un réacteur nucléaire  ?

Les barres de commande des réacteurs nucléaires permettent de contrôler la fréquence des réactions nucléaires. L'absorption des neutrons les empêche de fissioner plus d'éléments combustibles.

L'efficacité dépend de la proportion des barres qui sont en contact avec la zone de réaction. Plus il est dans le cœur du réacteur, plus il absorbera de neutrons et donc moins il y aura de réactions. 

Comment la puissance d'un réacteur nucléaire est-elle régulée ?

Les barres de commande sont l'un des mécanismes de régulation de l'état d'un réacteur nucléaire. Les barres sont souvent l'élément le plus important d'un arrêt rapide du réacteur (dit arrêt d'urgence ou scram).

Barres de commande d'une centrale nucléaireDans les réacteurs à eau sous pression, les barres sont suspendues dans le réacteur et peuvent fonctionner comme un système de sécurité. Les montées sont maintenues avec un électroaimant et en cas de perte imprévue de la puissance éléctrique, elles tombent automatiquement dans le réacteur. Ainsi, les réactions de fission nucléaire en chaîne sont arrêtées.

Dans d'autres types de réacteurs, tels que le réacteur à eau bouillante, les tiges dépassent du fond dans le réacteur. Pour s'activer, ils doivent être activement poussés dans le cœur du réacteur.

En effet, le processus de contrôle du réacteur est plus compliqué: le déroulement de la réaction dépend également de la température et du refroidissement du réacteur et de la présence de certains débris issus du processus de fission (qui absorbent parfois de nombreux neutrons).

Lorsque les barres de commande entrent complètement (par exemple lors d'un arrêt d'urgence), la réaction nucléaire en chaîne s'arrête presque immédiatement. On dit alors que le réacteur devient sous-critique. Cependant, la matière radioactive continue à émettre de la puissance thermique pendant un certain temps, qui doit continuer à se dissiper. Sinon, un effondrement peut se produire.

Dans l'utilisation de l'énergie nucléaire, les barres de contrôle sont un élément de sécurité très important pour pouvoir arrêter le réacteur nucléaire en cas d'alarme.

Comment les barres de commande sont-elles liées aux accidents nucléaires ?

L'un des grands problèmes de l'énergie nucléaire est la possibilité d'accidents nucléaires. Certains accidents ont été attribués à une mauvaise gestion ou à une défaillance de la barre de commande, y compris l' accident nucléaire de Tchernobyl.

Des absorbeurs de neutrons ont souvent été utilisés pour la gestion des accidents de criticité. Des solutions aqueuses de métaux fissiles sont utilisées dans ces absorbants. Dans plusieurs de ces accidents, du borax (borate de sodium) ou un composé de cadmium a été ajouté au système. Le cadmium peut être ajouté sous forme de métal à des solutions d'acide nitrique de matière fissile; la corrosion du cadmium dans l'acide produira du nitrate de cadmium in situ.

Dans l'enceinte de confinement, les réacteurs nucléaires refroidis au dioxyde de carbone, si les barres de commande n'arrivent pas à arrêter la réaction en chaîne, il est possible d'injecter de l'azote gazeux dans le circuit primaire. L'azote a une capacité d'absorption des neutrons supérieure à celle de l'oxygène ou du carbone.

À mesure que l'énergie cinétique des neutrons rapides augmente, la section efficace des neutrons de la plupart des isotopes diminue. Le bore est un bon matériau de protection contre les neutrons. C'est une autre façon de réduire l'activation de matière à proximité du cœur du réacteur.

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Date de publication : 10 décembre 2009
Dernier examen : 11 septembre 2020