3.2 Le réacteur VENUS-F
3.2.2 Les assemblages
Le réseau 12×12 est rempli par des assemblages de section carrée (8×8 cm2) dont l’ex-trémité conique vient s’insérer dans le casier. Dans la majorité des assemblages, on distingue deux zones séparées par un bloc d’acier (voir figure 3.6) : la partie inférieure d’environ 60 cm comprise dans le casier et la partie supérieure dans le réflecteur, l’ensemble étant inséré dans une gaine en acier de 2 mm d’épaisseur [80]. La partie supérieure de tous les asemblages (hors barres de contrôle) est composée de plomb afin de constituer le réflecteur supérieur.
Partie supérieure dans le réflecteur Partie inférieure
dans le casier
8 cm
Gaine en acier Bloc d'acier
Figure 3.6 – Coupe axiale d’un assemblage vide.
3.2.2.1 Les constituants des assemblages
La partie inférieure des assemblages peut accueillir un réseau 5×5 constitué de réglettes de différentes compositions. Les caractéristiques de celles-ci sont regroupées dans le tableau 3.2. Les réglettes de combustible sont composés d’Uranium enrichi à 30% en235U (en masse) et ont été fournis par le Commissariat à l’Énergie Atomique. Elles sont cylindriques et une couche de nickel de très faible épaisseur les recouvre.
Chaque emplacement du réseau 5×5 est occupé par les réglettes empilées les unes sur les autres (3 pour les réglettes de combustibles, 6 pour celles de plomb) de manière à remplir les 60 cm de la partie inférieure des assemblages.
Les assemblages peuvent également contenir des blocs de différents matériaux, de section carrée, rassemblés dans le tableau 3.3.
Table 3.2 – Caractéristiques des réglettes disponibles pour le projet FREYA. Type Géométrie ou arête (cm)Diamètre Longueur(cm) Composition mique (g.cmMasse volu-−3) Combustible Cylindre 1,27 20,32 Uran. métallique(30% d’235U) 18,95
Plomb Pavé droit 1,27 10,16 Plomb naturel 11,34
3.2.2.2 Assemblage de combustible
La figure 3.7 présente la disposition des barreaux dans le réseau 5×5 des assemblages de combustible, de type U9, utilisés pour les expériences étudiées dans cette thèse.
Neuf emplacements du réseau 5×5 sont occupés par des réglettes d’uranium et seize par des réglettes de plomb dans la partie inférieure des assemblages. La présence de plomb dans
Table 3.3 – Caractéristiques des blocs disponibles pour le projet FREYA.
Type Arête(cm) Longueur(cm) Composition mique (g.cmMasse volu-−3)
Plomb 7,6 60,96 ou 39,90 Plomb naturel 11,34
Carbure de bore
pour barres de contrôle 6,54 20,32 Rapport
10B/B : 0,2
Rapport B/C : 4 2,5 Carbure de bore
pour barres de sûreté 6,54 20,32 Rapport
10B/B : 0,18
Rapport B/C : 3,8 2,2
Acier 7,5 60,96 Acier inoxydable 7,9
Polyéthylène 7,3 22,20 Polyéthylène recouvertpar 1 mm de cadmium PE : 0.94Cd : 8.69
ces assemblages permet d’améliorer la représentativité de l’installation vis à vis d’un ADS de puissance à caloporteur plomb, tel qu’envisagé pour le projet MYRRHA. Dans le cadre de GUINEVERE, la puissance du réacteur en fonctionnement n’excédant pas quelques dizaines de Watts, il n’est pas nécessaire d’évacuer la puissance produite d’où l’absence de caloporteur liquide. Enfin, des plaques de plomb de 4,7 mm d’épaisseur comblent l’espace entre le réseau de réglettes et la gaine d’acier.
Un assemblage combustible spécial portant le nom de EFA (Experimental Fuel Assembly) a également été réalisé et est représenté sur la figure 3.7. Celui-ci est identique à l’assemblage combustible de type U9, mises à part les réglettes de plomb d’un emplacement du réseau qui sont remplacés par un guide creux en aluminium dans l’optique d’y insérer un détecteur.
Barreaux de combustible
0.47 cm
8 cm
Barreaux de plomb Gaine en acier (0.2 cm)
Type U9 Type EFA
Figure 3.7 – Coupe transversale des assemblages de combustible.
3.2.2.3 Assemblage de plomb
Ces assemblages sont composés d’un bloc ou d’un réseau 5×5 de plomb dans la partie inférieure, et d’un bloc de plomb dans la partie supérieure. Certains de ces assemblages ont été aménagés pour accueillir un détecteur et contiennent un guide creux en aluminium de diamètre variable (10 mm, 31 mm ou 51 mm) pour former des assemblages expérimentaux.
3.2 Le réacteur VENUS-F 59
3.2.2.4 Barres de sûreté et de contrôle
La sûreté du réacteur est assurée par la présence de six barres absorbantes, dites de sûreté (BS), ayant une partie inférieure semblable à celle des assemblages combustibles et une partie supérieure composée de carbure de bore (B4C). En fonctionnement normal les barres de sûreté sont maintenues en position haute grâce à des électroaimants, et elles ont alors le rôle d’assem-blage combustible dans le cœur. En cas d’arrêt d’urgence, l’alimentation des électroaimants est coupée, les barres de sûreté chutent par gravité et appliquent un double effet d’anti-réactivité (∼ −12000 pcm) dans le réacteur par le retrait du combustible et son remplacement par le B4C absorbant. Un espace vide a été aménagé dans le réflecteur inférieur sous les barres de sûreté pour permettre leur chute.
On compte de plus 2 barres de contrôle (BC) composées de trois blocs de carbure de bore de 20 cm de hauteur placé dans une gaine en acier. La BC peut être déplacée verticalement dans le cœur, et la réactivité du réacteur peut ainsi être ajustée en fonction de l’insertion de l’absorbant dans le cœur, qui varie de 0 mm (barre totalement insérée) à 600 mm (barre totalement rétractée).
La composition des blocs de B4C des barres de contrôle et de sûreté est donnée dans le tableau 3.3.
3.2.2.5 Dispositif pour le couplage
Afin de ménager l’espace nécessaire à l’insertion de l’extrémité de l’accélérateur (le doigt de gant) et d’un guide de plomb au centre du cœur de VENUS-F, les 4 assemblages centraux du réacteur (positions (1 ;-1), (1 ;1), (-1 ;1) et (-1 ;-1)) peuvent être retirés. La cible de titane tritié est située à l’extrémité du doigt de gant (voir figure 3.8). Afin de tester l’influence de la position de la source externe de neutrons sur les expériences, deux doigts de gant de longueur différente ont été manufacturés pour positionner la cible au centre du réacteur ou 30 cm au-dessus.
Guide en plomb Bloc ou gaine d'acier inoxydable Système de
refroidissement
Cible TiT sur support de cuivre 119.01 cm 3 cm 2.2 cm 16 cm 1.6 cm 3 cm 10.4 cm z x D+ API & PI Tube accélérateur
3.2.2.6 Assemblages spécifiques
En complément des assemblages précédents qui constituent l’essentiel de la composition des configurations étudiées, on note aussi l’utilisation d’assemblages spécifiques :
— les assemblages IPS (In Pile Section), constitués d’un bloc de polyéthylène entouré de cadmium, dont la caractéristique est de former un îlot thermique au sein du réacteur par la présence de polyéthylène,
— les assemblages en acier inoxydable, composés d’un bloc d’acier dans la partie inférieure et de plomb dans la partie supérieure, destinés à tester l’acier comme réflecteur, — l’assemblage PEAR (PEllet Absorber Rod), composé d’aiguilles de carbure de bore et
d’un faible poids en réactivité (∼140 pcm), utilisé dans le cadre des expériences de chute de barre.