E4 Génération de chaleur dans le noyau

Topique

Deux types de matériaux jouent des rôles opposés au sein du même bilan neutronique établi par le modèle précédent. Les modérateurs — eau ordinaire, eau lourde ou graphite — n'absorbent pas les neutrons, mais les ralentissent : un neutron récemment libéré par fission est doté d'une énergie très élevée et, dans cet état, la probabilité qu'il provoque une nouvelle fission dans la plupart des combustibles est faible. En entrant en collision à répétition avec les noyaux légers du modérateur, il perd de l'énergie jusqu'à atteindre des vitesses thermiques beaucoup plus faibles, auxquelles sa probabilité d'induire une nouvelle fission dans l'uranium 235 augmente considérablement.

Les poisons à neutrons agissent exactement à l'inverse : ce sont des matériaux choisis pour leur forte capacité à absorber les neutrons sans subir de fission ni produire de réaction utile, et chaque neutron qu'ils capturent est définitivement soustrait à la population disponible pour entretenir la chaîne de réaction.

Les barres de contrôle combinent ces deux rôles de manière pratique : elles sont constituées d’un matériau à forte capacité d’absorption des neutrons, et leur profondeur d’insertion dans le cœur détermine directement le nombre de neutrons qu’elles capturent avant de pouvoir déclencher d’autres fissions. En effet, à cette position, elles déplacent le modérateur qui occuperait autrement le même espace.

C’est pourquoi ce module, qui commence par distinguer un matériau qui ralentit les neutrons d’un matériau qui les capture, conclut en montrant que la barre de contrôle n’est pas un troisième matériau, mais plutôt le moyen physique de combiner délibérément les deux précédents : son insertion réduit la quantité de modérateur et augmente l’absorption au même point du cœur, ce qui en fait le levier le plus direct pour modifier l’équilibre neutronique entre la croissance, la stabilité et l’extinction de la réaction en chaîne.

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