Lorsque le réacteur de séparation d'atomes d'un Pouvoir nucléaire l'installation fonctionne normalement, elle est dite « critique » ou en état de « criticité ». C'est un état nécessaire pour le processus lorsque l'électricité essentielle est produite.
Utiliser le terme « criticité » peut sembler contre-intuitif pour décrire la normalité. Dans le langage courant, le mot décrit souvent des situations potentiellement catastrophiques.
Dans le contexte de l'énergie nucléaire, la criticité indique qu'un réacteur fonctionne en toute sécurité. Il existe deux termes liés à la criticité: la supercriticité et la sous-criticité, qui sont tous deux également normaux et essentiels à une production d'énergie nucléaire appropriée.
La criticité est un état équilibré
Les réacteurs nucléaires utilisent uranium barres de combustible — tubes métalliques longs et minces en zirconium contenant des pastilles de matière fissile pour créer de l'énergie par fission. La fission est le processus de division des noyaux d'atomes d'uranium pour libérer des neutrons qui à leur tour divisent plus d'atomes, libérant ainsi plus de neutrons.
La criticité signifie qu'un réacteur contrôle une réaction en chaîne de fission soutenue, où chaque événement de fission libère un nombre suffisant de neutrons pour maintenir une série continue de réactions. C'est l'état normal de la production d'énergie nucléaire.
Les barres de combustible à l'intérieur d'un réacteur nucléaire produisent et perdent un nombre constant de neutrons, et le système d'énergie nucléaire est stable. Les techniciens de l'énergie nucléaire ont mis en place des procédures, dont certaines automatisées, au cas où une situation se produirait dans laquelle plus ou moins de neutrons seraient produits et perdus.
La fission produit une grande quantité d'énergie sous forme de chaleur et de rayonnement très élevés. C'est pourquoi les réacteurs sont logés dans des structures scellées sous d'épaisses coupoles en béton armé. Les centrales électriques exploitent cette énergie et cette chaleur pour produire de la vapeur afin d'alimenter des générateurs qui produisent de l'électricité.
Contrôle de la criticité
Lors du démarrage d'un réacteur, le nombre de neutrons est augmenté lentement de manière contrôlée. Des barres de contrôle absorbant les neutrons dans le cœur du réacteur sont utilisées pour calibrer la production de neutrons. Les barres de commande sont constituées d'éléments absorbant les neutrons tels que le cadmium, le bore ou l'hafnium.
Plus les barres sont enfoncées profondément dans le cœur du réacteur, plus elles absorbent de neutrons et moins la fission se produit. Les techniciens tirent vers le haut ou vers le bas les barres de contrôle dans le cœur du réacteur selon que l'on souhaite plus ou moins de fission, de production de neutrons et de puissance.
En cas de dysfonctionnement, les techniciens peuvent plonger à distance des barres de commande dans le cœur du réacteur pour absorber rapidement les neutrons et arrêter le réaction nucléaire.
Qu'est-ce que la supercriticité?
Au démarrage, le réacteur nucléaire est brièvement mis dans un état qui produit plus de neutrons qu'il n'en perd. Cette condition est appelée l'état supercritique, qui permet à la population de neutrons d'augmenter et de produire plus de puissance.
Lorsque la production d'énergie souhaitée est atteinte, des ajustements sont effectués pour placer le réacteur dans l'état critique qui maintient l'équilibre neutronique et la production d'énergie. Parfois, comme pour l'arrêt pour maintenance ou le ravitaillement, les réacteurs sont placés dans un état sous-critique, de sorte que la production de neutrons et d'électricité diminue.
Loin de l'état inquiétant suggéré par son nom, la criticité est un état souhaitable et nécessaire pour une centrale nucléaire produisant un flux d'énergie constant et constant.