Autoprotection spatiale du sel dans les canaux

Dans le cas de reference, le rayon du canal central unique de 7.5 cm represente plus du double du libre parcours moyen dans le sel (3.6 cm). Il est alors legitime de se demander dans quelle mesure le sel au centre des canaux est protege du ux, et comment cela se traduit sur l'inventaire ssile necessaire pour demarrer. Une etude du RSF a spectre thermique propose par C. Bowman pour l'incineration du plutonium nous donne un exemple d'inuence notable de l'autoprotection spatiale du sel dans les canaux sur la neutronique du cur. Le remplacement de chaque canal central par 7 canaux plus petits, a volume total de sel constant, se traduit dans ce cas par une augmentation de la reactivite de 2000 pcm environ, a inventaire ssile xe 23] . On decide d'appliquer cette methode d'evaluation de l'autoprotection du sel au systeme de reference, le rayon de chaque petit canal valant 7:5

p

7 soit environ 2.8 cm (gure 5.4). Les sept canaux sont maintenus a l'interieur de la manche de reference, an de conserver a cette conguration la m^eme compacite et donc ne pas augmenter les fuites.

Fig.5.4 { Eclatement du canal unique du c ur de reference en 7 canaux, a volume total constant. Au demarrage du systeme de reference dont les hexagones du cur ont tous ete remplaces par des hexagones a sept canaux, on constate a concentration identique en233U une chute de la reactivite de 2000 pcm (keff = 0.9850.002). Pour retablir la criticite, l'inventaire initial d'233U de 1.12 t doit ^etre augmente de 70 kg. Nous allons dans la suite montrer que cette dierence avec le cas du RSF a support inerte et spectre thermique de C. Bowman s'explique essentiellement par le caractere epithermique du spectre dans notre systeme de reference.

(barn) reference 7 canaux ssion232Th 0.0088 0.0084

ssion 233U 80.9 83.6 capture232Th 1.62 1.74 capture233U 9.9 10.2

Tab.5.5 { Sections ecaces moyennes (barn) dans le sel des canaux obtenues a t = 0 pour la conguration a 7 canaux, comparees au cas de reference.

Les principales sections ecaces moyennes intervenant au demarrage du tableau 5.5 montrent que cette baisse de reactivite s'accompagne d'un adoucissement global du spectre dans le sel. Cet eet global ne peut pas expliquer la dierence de reactiviteobservee entre les deux congurations, a concentration identique d'233U. Pour mieux analyser les modications de spectre liees a la redistribution geometrique du sel en cur, on represente le rapport des ux dans le graphite du cur d'une part, et dans le sel des canaux d'autre part (gure 5.5).

10⁻² 10⁻¹ 10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ energie (eV) 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

rapport des flux ( 7 canaux / 1 canal )

dans le graphite du coeur dans le sel des canaux

Fig. 5.5 { Rapports des ux au demarrage du systeme de reference entre la conguration a sept canaux et celle a canal unique par manche, dans le graphite du c ur et dans le sel des canaux.

Le cas du graphite, qui presente un franc durcissement de son spectre, est le plus facile a interpreter. Les neutrons de ssion, produits a une energie d'environ 2 MeV dans le sel, en sortent sans y ^etre absorbes plus facilement dans le cas des petits canaux. Le transfert d'une partie de ces neutrons de haute energie du sel vers le graphite adoucit le spectre dans le sel, comme le montre le rapport des ux dans les canaux pour les energies superieures au keV.

10⁻² 10⁰ 10² 10⁴ 10⁶ energie (eV) 10⁻³ 10⁻² 10⁻¹ 10⁰ 10¹

taux d’absorption dans le sel

Fig.5.6 { Taux d'absorption (capture et ssion) dans le sel des canaux du systeme de reference a t = 0, exprime par ssion et par unite de lethargie.

10⁻² 10⁻¹ 10⁰ 10¹ 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶ energie (eV) 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

rapport des taux d’absorption ( 7 canaux / 1 canal )

Fig. 5.7 { Rapport des taux d'absorption dans le sel des canaux au demarrage entre la congu-ration a sept canaux et celle a canal unique par manche.

Les neutrons rapides ayant quitte le sel ralentissent dans le graphite, puis retournent dans le sel ou ils sont nalement absorbes. D'apres la gure 5.5, le ux dans le sel des neutrons epithermiques d'energies inferieures au keV est plus eleve dans la conguration a 7 canaux, du fait d'un retour plus important des neutrons ralentis dans le graphite. Pour les energies inferieures a l'eV, le niveau de ux dans le sel reste inchange, l'excedent de neutrons epithermiques ayant ete absorbe avant leur thermalisation.

La gure 5.6 nous montre comment sont eectivement absorbes les neutrons dans le sel, en fonction de leur energie. La region epithermique se caracterise par de nombreuses resonances, dominees par les premieres resonances de capture du 232Th situees a une vingtaine d'eV. En calculant le rapport du taux d'absorption dans le sel dans la conguration a 7 canaux sur celui de reference (gure 5.7), on constate que, comme le ux, le taux d'absorption est plus important dans la region epithermique pour la conguration a 7 canaux. Ceci s'explique par le retour plus important de ces neutrons dans le sel, mais aussi par un eet d'autoprotection geometrique du centre des canaux reduit par rapport a la conguration a canal unique. La region epithermique etant dominee par la capture du 232Th, cette augmentation du taux d'absorption explique la baisse de reactivite calculee pour la conguration a 7 canaux.