Criticité - Définition

Introduction

Reconstitution de l'accident de criticité de 1945 : une sphère de plutonium est disposée entre des réflecteurs de neutrons. L'adjonction d'un réflecteur supplémentaire rendit la masse super-critique.

La criticité est une discipline de l'ingénierie nucléaire visant à évaluer et prévenir les risques de réaction en chaîne non désirée dans les installations nucléaires. C'est une sous-discipline de la neutronique. Le risque de criticité est le risque de déclencher une réaction en chaîne de fission incontrôlée :

on parle alors d’accident de criticité, dont les conséquences potentielles induites sont une irradiation importante des opérateurs et, dans une moindre mesure, des rejets radioactifs dans l’environnement. Ce risque existe dès lors que de la matière fissile est mise en oeuvre en quantité significative dans les installations du cycle du combustible et dans les emballages de transport.

La grandeur permettant de quantifier ce risque est le facteur de multiplication effectif k_eff : inférieur, égal ou supérieur a 1 suivant que le système considéré est respectivement sous-critique, critique ou sur-critique.

En France, une règle fondamentale de sûreté (RFS 1.3.c) a été établie par l'Autorité de sûreté nucléaire (ASN) spécialement pour le risque de criticité.

Facteurs influant sur le bilan neutronique et keff

Le k_eff est le rapport du nombre total de neutrons produits dans un milieu fissile donné au cours d'un intervalle de temps, au nombre total de neutrons perdus par absorption et par fuite au cours du même intervalle de temps toutes choses égales par ailleurs (ne sont pas considérés dans ce rapport les neutrons produits par des sources dont les intensités ne sont pas fonction du processus de réaction en chaîne):

La réactivité d'une installation dépend de différents facteurs :

• Production :
  • masse de matière fissile,
  • conditions de modération.
• Fuites :
  • densité de la matière fissile,
  • forme géométrique,
  • conditions de réflexion,voir le site http://nuclear.consulting.free.fr/publi.html pour en savoir plus,
  • interactions.
• Absorption :
  • poison neutroniques (bore, cadmium, gadolinium, etc ...),
  • hydrogène,
  • ...

Milieu fissile de référence

Les limites des modes de contrôle sont fixées pour un milieu fissile de référence, en tenant compte de l'environnement réflecteur et des interactions. Le milieu fissile de référence est celui qui, parmi tous ceux qui peuvent être rencontrés dans l'ensemble concerné, dans les conditions normales et anormales de fonctionnement, conduit aux limites les plus faibles en raison de sa teneur en matière fissile, de sa composition et de sa loi de dilution.

Modes de contrôle de la criticité

Selon les installations, il existe différents moyens de limiter la réactivité, ce sont les modes de contrôle :

• contrôle par la quantité de matière fissile (masse et/ou concentration),
• contrôle par la géométrie du procédé,
• contrôle par l'empoisonnement neutronique,
• contrôle par la modération du milieu fissile.

Ces modes de contrôles peuvent être associés et des marges sont prises par rapport aux conditions critiques : ce sont les conditions admissibles.

Des modes de contrôles différents peuvent être adoptés pour la situation normale et les situations incidentelles.

• Est désigné comme PRIMAIRE, le mode de contrôle associé au fonctionnement normal,
• Est désigné comme SECONDAIRE, le ou les modes de contrôle associés aux situations incidentelles ou accidentelles

Exemple :

• la concentration en fonctionnement normal,
• la masse en fonctionnement incidentel pour la situation de précipitation accidentelle