Brevet FR2063037A1 — publié le 19710702

I 2063037 La commande de la puissance d'un réacteur à eau sous pression s'effectue en général avec un jeu de "barres de commande de façon telle que la température moyenne du réfrigérant suive un programme prédéterminé» Par "jeu de barres", on 5 entend ici l'ensemble de toutes les barres de commande assumant la même tâche. Ce jeu de barres de commande est maintenu dans une zone de travail déterminée , qui est fonction de la puissance, par le système de régulation de la réactivité. Si ce programme est respecté, les barres compensent tout juste les ré-10 actions de température des coefficients de réactivité du combustible et du réfrigérant» Les réactions de réactivité des produits de fission qui se forment, tels que résidus de combustion, empoisonnements (stationnaires et variables avec le cycle de charge) 15 par le xénon et le samarium, sont en général compensées par variation de la concentration en acide borique du réfrigérant. L'utilisation d'acide borique pour la compensation de ces réactions de réactivité implique toutefois, en fin de combustion d'une charge nucléaire, le remplacement de très grandes quanti-20 tés d'eau et conduit, en régime de charge cyclique, lorsque le système d'addition et d'extraction de bore est à la limite pour laquelle il a été conçu, à d'inadmissibles pointes locales de puissance dans le coeur du réacteur. On a bien tenté d'utiliser le jeu de barres de 25 commande de puissance pour compenser aussi bien les variations de puissance que les empoisonnements non -stationnaires par le xénon» Il est cependant apparu que cela n'était pas possible pour les raisons données ci-après» Après une diminution de puissance au cours de 30 laquelle le jeu précité de barres de commande de puissance a été engagé dans le coeur, il s'établit un empoisonnement ins-tationnaire par le xénon. Pour compenser ce dernier, le régulateur de puissance réduit de nouveau la profondeur d'immersion du jeu de barres de commande de puissance. Cette profon-35 deur peut donc alors être plus faible sous charge partielle que sous pleine charge, comme précédemment. Cette remontée du jeu de barres implique toutefois que sous charge partielle le maximum de flux se déplace dans la moitié supérieure du coeur, et que déjà sous charge partielle, l'emprisonnement au xénon soit 40 partiellement compensé dans la .moitié supérieur du coeur, tandis 70 33433 8 2063037 que 1'empoisonnement local par le xénon est renforcé dans la moitié inférieure du coeur, étant donné la diminution supplémentaire de la densité de puissance. Avec cette répartition dans l'espace de l'empoisonnement au xénon, la remontée supplé-5 mentaire du jeu de barres de commande de puissance conduit de nouveau à une augmentation de la puissance totale et il s'établit alors une importante pointe de flux dans la moitié supérieure du coeur. La présente invention a pour but de réaliser un 10 système de régulation permettant de compenser les empoisonnements non stationnaires par le xénon et par le samarium, et permettant de soulager en même temps le système d'acide borique. L'invention est caractérisée par le fait que l'on prévoit, en plus du jeu de barres de commande de puissance, un 15 jeu séparé de barres de commande compensatrices du xénon. En plus, il est possible que le jeu de barres de commande compensatrices du xénon soit subdivisé en plusieurs jeux partiels mobiles individuellement. Oe jeu supplémentaire de barres de commande com-20 pesatrices du xénon, dont les différentes barres peuvent correspondre à celles du jeu de barres de commande de puissance, mais se déplacent presque sur toute la hauteur du coeur, permet la compensation des composants de l'empoisonnement par le xénon et par le samarium, qui sont variables avec le cycle. Cela per-25 met alors de réduire notablement les quantités d'acide borique et d'eau additionnelle à mettre en oeuvre, de sorte que seules . les pertes quotidiennes de réactivité, dues à la combustion doivent être compensées par le système d'acide borique. D'autres caractéristiques et avantages de l'in-30 vention apparaîtront à la lecture de l'exemple non limitatif suivant, décrit en se référant au dessin annexé,sur lequel ï la figure 1 représente sohématiquement le coeur d'un réacteur nucléaire avec les jeux de barres de commande utilisés | . 35 la figure 2 est un graphique montrant les plages d'action des différents jeux-de barres de commande- ; les figures 3a à 3c sont des diagrammes relatifs à la mise en oeuvre du jeu de barres de commande compensatrices du xénon au cours d'un cycle de charge déterminé. 40 La figure 1 représente le coeur 1 d'un réacteur 70 33433 3 2063037 nucléaire, dans lequel sont engagés un jeu de barres 1 de commande de la puissance, un jeu de barres ï de commande à la longueur partielle et un jeu de barres X de commande compensatrices du xénon. Afin de préserver la clarté du dessin, on a repré-5 sp^té chacun des jeux par une seule barre avec le système d'entraînement correspondant» Le jeu de barres L de commande de puissance consiste en barres dites "noires", c'est-à-dire en barres absorbant presque tous les neutrons qui y pénètrent. Ce jeu de barres L 10 n'est généralement introduit que dans la partie supérieure du coeur, même sous des faibles charges partielles# Le jeu de barres ï de commande à longueur partielle consiste en barres de commande qui ne sont garnies de matériau absorbant que sur une partie de leur longueur. Elles ser= 15 vent à améliorer la répartition de puissance dans le coeur en se basant sur des mesures internes du flux neutronique. Les barres Z de commande carpensatrices xénon sont construites comme les barres de commande de puissance L, mais elles peuvent aussi être des barres dites "grises" dont le pouvoir absorbant 20 est plus faible, et elles se déplacent sur toute la hauteur du coeur. Pour éviter les distorsions radiales du flux, ces barres X doivent être, autant que possible, réparties régulièrement sur la section du coeur,, On a représenté sur la figure 2 les plages d'ac-25 tion des différents groupes de barres de commande. La puissance P (en i<>) est portée en abscisses sur le diagramme, tandis que la hauteur Kt du coeur et la variation de réactivité à compenser j5 sont portées en ordonnées vers le bas. Le jeu de baires L de commande de puissance balaye, en fonction de la variation de 30 puissance5 la plage indiquée. Une réserve de réactivité sous forme d'une profondeur initiale d'immersion Ho du jeu de barres de commande de puissance est prévue pour donner au jeu de barres de commande l'efficacité nécessaire à la régulation. Par profondeur initiale d'immersion, il faut entendre la profondeur à 35 laquelle le jeu de barres de commande de puissance se trouve en pleine charge. Lorsque le coeur vient d'être chargé, cette hauteur initiale est d'environ 15 à 20 fa de la hauteur active du coeur, mais elle peut être réduite lorsque l'usure du combustible progresse, puisque l'efficacité augmente par suite de la répar-40 tition modifiée du flux» BAD ORIGINAL 70 33433 * 2063037 le jeu de barres X de commande compensatrices du xénon se déplace dans la zone référencée X. la fonction qui lui est affectée était jusqu'à présent assumée, dans les dispositifs classiques de régulation,, par la variation de la concentration 5 en acide borique. Cette concentration peut désormais être réglée à une valeur moyenne qui ne doit être retouchée qu'en fonction des pertes quotidiennes de réactivité, dues à l'usure du combustible. Les signaux de régulation qui servaient jusqu'à présent à commander l'introduction d'eau additionnelle ou d'acide 1D borique dans le circuit principal de réfrigérant servent maintenant à commander le jeu de barres de commande compensatrices du xénon, Il faut toutefois veiller à ce que le jeu de barres de commande compensatrices du xénon reste, au cours de ses déplacements nécessaires à l'intérieur de sa plage de réglage dans 15 la partie active du coeur„ On va décrire, de façon plus détaillée le mode de fonctionnement du jeu de barres X de commande compensatrices du xénon, au moyen d'un exemple, de cycle de charge donné (figure 3a)o On part d'abord d'une puissance constante P = 100 selon 20 le diagramme 3a, à laquelle la réactivité ^ et l'empoisonnement par le xénon Xe, représentés respectivement en trait continu et en trait interrompu sur le diagramme de la figure 3b, se trouvent dans des états d'équilibre correspondants et ont des valeurs constantes. Lorsqu'il se produit une diminution de puis-25 sance correspondant à environ 50 la réactivité diminue du fait de la croissance de l'empoisonnement par le xénon, comme on le voit nettement sur la figure 3b. L'empoisonnement croisssant par le xénon peut alors être compensé par une extraction correspondante du jeu X de barres de commande compensatrices. Dans le 30 cas d'une montée brutale de puissance, la réactivité augmente de nouveau et peut même prendre une valeur positive, ce que l'on peut également-voir sur le diagramme. Cela signifie que le jeu de barres de commande compensatrices du xénon doit être introduit pratiquement en entier,, Un nouvel état d'équilibre se rétablit 35 après un certain temps* Il est également possible de subdiviser le jeu de barres X de commande compensatrices du Xénon en plusieurs jeux partiels actionnés individuellement en fonction de l'empoisonnement par le Xénon. On a représenté, à droite sur le diagramme de 40 la figure 3b, la plage d'action des différents jeux partiels de 70 33433 2063037 barres XI à X5 de commande compensatrices du xénon,- chaque jeu partiel ne pouvant réguler que la plage indiquée lorsqu'il est complètement immergé» le graphique de la figure 3c représente, en fonction de l'évolution de l'empoisonnement par le xénon 5 selon la figure 3b, la position des différents jeux partiels dans le coeur à différents instants» les lignes de référence sont ici les bords supérieurs et inférieurs du coeur. Ko et Ku. lu point I auquel correspond un état stationnaire, les jeux partiels de barres X^ à X^ sont complètement immergés, tandis 10 que le jeu parfiel X^ est sorti, comme cela apparaît à la lecture de la plage d'action des différents groupes partiels, représenté à droite sur la figure 3b» lorsque l'empoisonnement par le xénon augmente, au point II, c'est, par exemple, le jeu partiel X^ qui est entièrement sorti, tandis que le jeu par-15 tiel X^ est à moitié levé» lors du maximum de l'empoisonnement par le xénon, au point III, les jeux partiels Xg à X^ sont entièrement sortis, le jeu partiel X^ étant le seul introduit* Après l'augmentation subite de la" charge, selon la figure 3a, et après l'établissement éventuel d'une réactivité 20 positive, tous les jeux partiels sont introduits complètement, ou au moins les quatre premiers d'entre eux, le jeq partiel X^ n'étant descendu qu'à mi-hauteur du coeur, lu point V, l'état d'équilibre stationnaire est rétabli, de sorte que la disposition des jeux partiels correspond à celle au point I. 25 On pourrait envisager d'utiliser des barres "noires" ou "grises" différentes pour les jeux de barres de commande de puissance et de compensation du xénon, mais il semble toutefois souhaitable d'utiliser, dans la mesure du possible, des barres identiques pour les deu~ ieux de barres 30 de commande. Cela présente l'avantage que les conséquences ^'usures localement dixférentes au combustible peuvent être évitées, ou du moins notablement réduites, par changement des fonctions des barres. BAD ORIGINAL 70 33433 2063037 REVENDICATIONS 1» Dispositif de régulation poux réacteur nucléaire à eau sous pression, avec un jeu de barres de commande mobiles en fonction de la puissance, et avec réglage chimique 5 par l'acide borique, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il comporte, en plus du jeu de barres de commande de puissance, un jeu séparé de barres de commande compensatrices du xénon, pour compenser les empoisonnements non stationnaires par le xénon et le samariunu 10 2. Dispositif selon la revendication 1, carac térisé par le fait que le jeu de barres de commande compensatrices du xénon est subdivisé en plusieurs jeux pouvant être déplacés individuellement,, 3» Dispositif selon la revendication 1 ou 2, 15 caractérisé par le fait que les barres de commande de puissance et les barres de commande compensatrices du xénon ont la môme structure et sont interchangeables.