5.2 Dispositifs et instrumentation
5.2.1 Réacteur de sûreté CABRI
Irradiations dans un réacteur de sûreté
Ce chapitre détaille les tests d'un CApteur de Neutrons à Optique Expérimentale (CA-NOE) lors des variations de ux neutroniques sur plusieurs décades dans la piscine du réacteur de recherche CABRI. Les moyens techniques et logiciels mis en ÷uvre ainsi les résultats de ces expériences sont présentés. La préparation en amont de l'expérience comprenant notamment la mise au point d'un système d'acquisition du signal lumineux est détaillé.5.1 Opportunités
L'irradiation de deux CANOE, chargés en bore et en uranium hautement enrichi dans les faisceaux froids du réacteur ORPHÉE a mis en avant la faisabilité d'un système de détection neutronique passif, basé sur un signal optique.
La preuve de la linérarité de la réponse du capteur en fonction du ux de neutrons incident est déterminante pour une application future. Le réacteur d'essais à grande dynamique CA-BRI nous permet ici de véri er la linéarité de la réponse de CANOE dans un champ mixte neutrons/gammas s'approchant davantage d'un réacteur nucléaire électrogène.
5.2 Dispositifs et instrumentation
5.2.1 Réacteur de sûreté CABRI
L'INB 26 comprend le réacteur de recherche CABRI, exploité par le CEA et utilisé par l'IRSN. Ce réacteur piscine d'une puissance stationnaire maximale de 25 MW est capable de réaliser des pics de puissance de grande ampleur, jusqu'à 21.6 GW, et de faible durée, de l'ordre de la dizaine de millisecondes. Le c÷ur nourricier en Uranium Faiblement Enrichi (LEU)1, bardé d'un ré ecteur graphite peut être démarré et stabilisé à 100 kW en présence d'un circuit d'3He, fortement neutrophage2. La dépressurisation rapide des boucles d'3He provoque une
1. Enrichissement maximal de 20 %, inutilisable pour une application militaire. 2. L'3
Hepossède une forte section e cace d'absorption des neutrons sans résonance, environ 5321 b.
augmentation massive de la réactivité +4$ et de la puissance du c÷ur, qui est alors soumis à une contre-réaction due à l'eet Doppler3 du combustible [1]. Le déclenchement des arrêts de sécurité au moyen de barres de contrôles mettent n à la divergence du réacteur qui peut alors eectuer un autre tir, ou se maintenir à puissance constante.
Des segments de crayons de combustibles testés en conditions REP4 dans la Boucle à Eau
Pressurisé (BEP), au milieu du c÷ur nourricier de CABRI, sont scrutés pendant et après le transitoire de puissance par analyse non destructrice. Un hodoscope, ensemble de 153 guides de neutrons regardant le crayon combustible instrumenté, traverse de part et d'autre le caisson du c÷ur nourricier a n de mesurer le ux de neutrons de ssion produit par le crayon d'essai. Un emplacement près de l'hodoscope, dans la cuve du réacteur peut accueillir exceptionnel-lement des matériaux ou systèmes de mesure à irradier, au sein d'un Assemblage Postiche Instrumenté CABRI (APIC). Cet APIC correspond aux boîtes à eau utilisées sur les ré-acteurs de recherche classiques, formant un parallélépipède de 8.6 cm par 8.6 cm haut de 1208 cm. On peut y loger au moins 3 CANOE, plaqués contre un support millimétré.
L'emplacement retenu, à côté de l'hodoscope et contre le bloc c÷ur, ore un débit de uence de 1.38E+12 n.cm−2.s−1, thermalisé5 à 90 % et un débit de dose gamma atteignant 350 Gy/h à une puissance réacteur de 1 MWth.
La Fig. 5.1 présente une vue schématique de la cuve de CABRI avec l'emplacement de ses 7 chaînes de mesures expérimentales, ainsi que celui de nos irradiations.
Toutes les chambres à ionisation de CABRI sont à dépôt de bore et fonctionnent en mode courant, elles sont placées derrière un écran de plomb épais de 14.8 cm, loin du c÷ur, a n de limiter la contribution gamma sur le signal. 5 chambres suivent le transitoire de puissance avec chacune une plage de fonctionnement étagée en fonction de la distance au c÷ur. Elles ne sont pas capables de suivre la divergence de la pile mais produisent un signal dès 10 kW. Deux autres chambres d'ionisation, HN1 et HN2 suivent la puissance du réacteur de sa diver-gence vers sa puissance stationnaire maximale [2]. Elles servent aux systèmes de sécurité et ont une période d'échantillonnage trop grande pour détecter le pic de puissance. Les caracté-ristiques de toutes les chaînes de mesures sont notées dans le tableau. 5.1.
La conception et le mode de fonctionnement de CABRI empêchent une présence humaine
Chambre d'ionisation H1 H2 G21 G22 G311 G312 G34
Puissance minimale détectée 0.2 W 10 kW 10 MW 100 MW
Puissance de saturation >Ptrans 465 MW >Ptrans
Temps d'échantillonnage 1 s 250 µs
Table 5.1 Caractéristiques des chaînes de mesure neutronique servant au pilotage et au suivi du transitoire de puissance du réacteur CABRI.
dans le bâtiment réacteur lors de sa divergence. Une fois que CANOE est installé dans la piscine et l'électronique mise en marche, il n'est plus possible de modi er les paramètres de l'expérience jusqu'à la n de la campagne d'irradiation à raison de deux campagnes par 3. L'agitation thermique des atomes du combustible élargit ses raies de résonance d'absorption, augmentant ainsi la capture stérile de neutrons.
4. 280°C, 155 bar, vitesse de l'eau autour du crayon d'essai de 4 m/s
Figure 5.1 Vue de la cuve de CABRI. L'emplacement de nos irradiations est marqué par un carré magenta. Les 5 chaînes de mesure du transitoire de puissance sont marquées par les lettres G. Les 2 chaînes de mesure servant au pilotage à puissance stationnaire sont marquées par un H. Les tubes verts correspondent aux barres de contrôle tandis que les tubes d3Hesous pression sont représentés en rouge.
an, en moyenne. Le pilotage de l'instrumentation s'eectue dans la salle de mesure, située 500 mètres plus loin, au moyen d'une liaison réseau.