Tringle de commande

Une tringle de commande de est une tige faite d'éléments chimiques capables d'absorber beaucoup de neutrons sans fissioning. Ils sont employés dans des réacteurs nucléaires pour commander le taux de fission de l'uranium et du plutonium . Puisque ces éléments ont les différentes sections transversales de capture de pour des neutrons des énergies variables, les compositions des barres de commande doivent être conçues pour le spectre de neutrons du réacteur on le cense que commander. Les réacteurs à eau légère (BWR, PWR) fonctionnent avec le " de ; thermal" ; neutrons , réacteurs autorégénérateurs avec le " ; fast" ; neutrons.

Principe d'opération

Des barres de commande sont habituellement combinées dans les tringles de commande - en général 20 tiges pour un réacteur commercial à eau sous pression (PWR) de - et insérées dans des tubes guide dans un élément combustible. Une tringle de commande est enlevée de ou insérée dans le noyau central d'un réacteur nucléaire afin de commander le flux de neutrons - augmenter ou diminuer le nombre de neutrons qui dédoubleront les atomes en uranium davantage de . Ceci affecte alternativement la puissance thermique du réacteur, la quantité de vapeur produite, et par conséquent l'électricité produite.

Les barres de commande se tiennent souvent verticalement dans le noyau. Dans des réacteurs à eau pressurisés (PWR), elles sont insérées d'en haut, les mécanismes d'entraînement de tringle de commande étant montés sur la tête de cuve de réacteur. En raison de la nécessité d'un dessiccateur de vapeur au-dessus du noyau d'un réacteur à eau de ébullition ( BWR ) cette conception exige l'insertion des barres de commande de sous le noyau. Les barres de commande sont partiellement enlevées du noyau pour permettre un à la réaction en chaîne de se produire. Le nombre de barres de commande insérées et de la distance par lesquelles elles sont insérées peut être varié pour commander la réactivité du réacteur.

Les matériaux ont employé

Les éléments chimiques avec une section transversale suffisamment élevée de capture pour des neutrons incluent le argenté, l'indium et le cadmium . D'autres éléments qui peuvent être employés incluent le bore , le cobalt , l'hafnium , le Dysprosium , le gadolinium , le samarium , l'erbium , et l'europium , ou leurs alliages et composés, par exemple l'acier de haut-bore, alliage d'argent-indium-cadmium, carbure de bore de , diboride de zirconium de , diboride titanique , diboride d'hafnium de , titanate de gadolinium de , et titanate de Dysprosium de . Le choix des matériaux est influencé par l'énergie des neutrons dans le réacteur, leur résistance au Neutron-induit gonflant , et les propriétés required mécaniques et de vie. Les tiges peuvent avoir la forme de tubes d'acier inoxydable remplis de granules ou de poudre absorbants de neutron. Le gonflement du matériel dans le flux de neutrons peut causer la déformation de la tige, menant à son remplacement prématuré. La combustion nucléaire des isotopes absorbants est un autre facteur limiteur de vie.

les alliages du l'Argent-indium-cadmium , AG généralement de 80%, 15% po, et Cd de 5%, sont un matériel commun de tringle de commande pour les réacteurs à eau sous pression que les régions quelque peu différentes d'absorption d'énergie des matériaux font à l'alliage un excellent absorbant de neutrons. Il a la bonne force mécanique et peut être facilement fabriqué. Il doit être emballé en acier inoxydable pour empêcher la corrosion en eau chaude.

Le bore est un autre absorbant de neutrons commun. En raison de différentes sections transversales de 10B et de 11B, bore contenant des matériaux enrichis dans 10B par la séparation isotopique sont fréquemment employés. Le spectre d'absorption large du bore le rend approprié également comme bouclier de neutron. Les propriétés mécaniques du bore sous sa forme élémentaire sont défavorables, donc des alliages ou les composés doivent être employés à la place. Les choix communs sont l'acier de haut-bore et le carbure de bore de . Le carbure de bore est employé comme matériel de tringle de commande dans les deux réacteurs à eau sous pression et réacteurs à eau de ébullition

L'hafnium a d'excellentes propriétés pour des réacteurs using l'eau pour la modération et le refroidissement. Il a la bonne force mécanique, peut être facilement fabriqué, et est résistant à la corrosion en eau chaude. L'hafnium peut être allié avec un peu d'autres éléments ; par exemple étain et oxygène pour augmenter la résistance au fluage de tension et, le fer , le chrome et le niobium pour la résistance à la corrosion, et le molybdène pour la résistance à l'usure, la dureté, et le machineability. Quelques tels alliages sont indiqués comme Hafaloy , Hafaloy-M, Hafaloy-N, et Hafaloy-NANOMÈTRE. Son coût élevé et basse disponibilité limitent son utilisation dans des réacteurs civils, bien qu'elle soit employée dans des quelques réacteurs de la marine des USA de .

le titanate de Dysprosium de de est un nouveau matériel subissant actuellement l'évaluation pour les barres de commande à eau sous pression. Le titanate de Dysprosium est un remplacement prometteur pour les alliages AG-Dans-Cd dus à son point de fusion beaucoup plus élevé, à aucune tendance de réagir avec des matériaux de revêtement, à fabrication simple, à perte non radioactive, à aucun gonflement, et à aucun dégazage. Il a été développé en Russie, et est recommandé par certains pour des réacteurs du VVER et du RBMK .

le diboride d'hafnium de de est un autre de ce genre nouveau matériel. Il peut être autonome utilisé ou préparé dans un mélange aggloméré des poudres de carbure d'hafnium et de bore.

Moyens additionnels de règlement de réactivité

Habituellement il y a également des autres moyens de la réactivité de contrôle : Dans la conception de PWR un absorbant de neutrons soluble (acide borique ) est ajouté au réfrigérant de réacteur permettant l'extraction complète des barres de commande pendant l'opération stationnaire de puissance assurant même une distribution de puissance et de flux au-dessus du noyau entier. Cette cale chimique de , avec l'utilisation des poisons brûlables de neutron dans les granules de carburant, est utilisée pour aider le règlement de la réactivité à long terme du noyau, alors que les barres de commande sont utilisées pour les changements rapides à la puissance de réacteur (par exemple l'arrêt et commencent vers le haut). Les opérateurs de BWRs emploient le liquide réfrigérant traversent le noyau pour commander la réactivité en variant la vitesse des pompes de recyclage de réacteur (une augmentation en liquide réfrigérant traversent le noyau améliore le déplacement des bulles de vapeur, de ce fait augmentant la densité du modérateur de liquide réfrigérant avec le résultat d'augmenter la puissance).

Sûreté

Dans la plupart des conceptions de réacteur, comme mesure de sécurité , des barres de commande sont fixées aux machines de levage par les électro-aimants plutôt que la tringlerie directe. Ceci signifie cela automatiquement en cas de la panne de courant, ou si en raison manuellement appelé de l'échec des machines de levage, les barres de commande tombera, sous la pesanteur, entièrement dans la pile pour arrêter la réaction. Une exception notable à ce mode de fonctionnement de sécurité du est le BWR qui exige l'insertion hydraulique des barres de commande en cas d'un arrêt emergency, using l'eau d'un réservoir spécial qui est sous la pression élevée d'azote. Rapidement arrêtant un réacteur de cette façon s'appelle le Scramming le réacteur.

À l'origine les barres de commande ont accroché au-dessus du réacteur, suspendu par une corde. En cas d'urgence une personne affectée au travail prendrait une hache du feu et couperait la corde, permettant aux tiges de tomber dans le réacteur et d'arrêter la fission . À un certain point que le titre de la personne a assigné cette fonction a été donné comme le SCRAM , ou l'homme de hache de tringle de commande de sûreté de (bien que ceci peut être un Backronym ). Cette limite continue à être aujourd'hui en service pour arrêter un réacteur en laissant tomber les barres de commande.

Prévention des accidents de criticalité

L'échec de tringle de gestion mauvaise ou de commande, était souvent la cause ou le facteur pour les accidents nucléaires comprenant l'explosion et le désastre du SL-1 de Chernobyl de . Des absorbants de neutrons homogènes du ont été souvent habitués pour contrôler les accidents de criticalité de qui impliquent les solutés des métaux fissiles du en borax (le borate de plusieurs un tel accidents ou de du sodium ) ou un composé de cadmium a été ajouté au système. Le cadmium peut être ajouté comme métal aux solutions de l'acide nitrique de la matière fissile, la corrosion du cadmium dans l'acide produira alors du in situ du nitrate de cadmium.

En anhydride carbonique - des réacteurs refroidis tels que le AGR , si les barres de commande pleines étaient pour arrêter le gaz de l'azote de réaction nucléaire peuvent être injectés dans le cycle primaire de liquide réfrigérant. C'est parce que l'azote a une plus grande section transversale d'absorption pour des neutrons que le carbone ou l'oxygène , par conséquent le noyau deviendrait alors moins réactif.

À mesure que l'énergie de neutron augmente la section efficace de neutrons de la plupart des isotopes diminue. L'isotope 10B de du bore est responsable de la majorité de l'absorption de neutrons. Le bore contenant des matériaux peut être employé comme boucliers de neutron pour réduire l'activation des objets près d'un coeur de réacteur.

Voir également

Énergie nucléaire
Réacteur nucléaire
Sécurité nucléaire

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