Chicago Pile 1 et le nitrate de cadmium

[Tawahi-Kiwi]

Salut a tous,

Je lisais quelques trucs a propos des programmes nucleaires des années 40s, le seul digne d'un vrai interet et évidemment le projet Manhattan.

En lisant un descriptif de Chicago Pile 1 et de sa premiere criticalité le 2 decembre 1942, je vois que les procédures de sécurités étaient entre autre une hache pour lacher tout le bazar en cas d'urgence. Selon la rumeur, l'origine du mot 'SCRAM' ("safety control rod axe man"). Mais je vois aussi qu'il y a un gars qui se tient a cote de la pile avec un seau de nitrate de cadmium....

Je concois bien que CP-1 est un truc pas du tout protegé et sans doute assez poreux donc pas de probleme pour un liquide de s'y infiltrer.... mais est-ce que balancer un seau de sels de cadmium sur 5 tonnes d'uranium + 45tonnes d'oxyde d'uranium et 7x plus de graphite aurait un quelconque effet si tout partait en quenouille?

...Ou le 'seau' est plus conséquent que ce qui est decrit (si c'est saturé, ca fait quand meme quelques kg de cadmium); ou le cadmium est beaucoup plus effectif que je l'imagine au vu la faible criticalite qui serait atteinte ?

des opinions sur le sujet ?

T-K
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[jacquolintégrateur]

Bonjour
Le cadmium est connu pour être un absorbant des neutrons. La section efficace correspondante dépend évidemment de l'isotope utilisé. je ne connais pas par coeur les valeurs !! Mais, de toute façon, l'efficacité dépend de la manière dont l'entassement des divers éléments est réalisé. Je ne crois pas, non plus, qu'il s'agisse d'une situation très critique. En fait, pour se trouver dans un cas très critique, l'expérience générale est qu'il faut vraiment le faire exprès!! N'oublions pas que Oppenheimer, réalisateur lu premier entassement explosif, (l'engin expérimental essayé en secret à Alamogordo) craignait, par dessus tout, "un long feu"!!
Cordialement

[XK150]

Salut T-K

Il ne faut pas s'étonner des masses d'uranium importantes dans ce genre de réacteur , même pour un démonstrateur de puissance quasi nulle .
L'uranium naturel , oxyde ou même métal n'a pas de masse critique : tu peux en empiler autant que tu veux dans ton garage , il ne se passera rien ...
Donc , il en faut une masse importante associée à un modérateur efficace , par exemple le graphite et le tout dans une géométrie adaptée .
N'oublions pas , quand la France ne savait pas enrichir , une filière franco française uranium naturel fut développée , pour aboutir au réacteur UNGG Bugey 1 :
320 t d'U nat , 2000 t de graphite et pour faire bonne mesure 280 tonnes de CO2 , comme fluide caloporteur ( et aussi modérateur à cause de C ) .
Résultat , environ 600 MW électrique , j'ai en tête environ 100 m de hauteur pour le bâtiment ...

Je ne crois pas trop à cette anecdote du seau de sels de Cd ...
En tout cas , le Wiki anglais : https://en.wikipedia.org/wiki/Chicago_Pile-1 , n'en parle pas et sa description est très crédible :
les barres absorbantes étaient des plaques de cadmium fixées sur des planches (!) maintenues et déplacées par un cordage , c'est tout de même plus technique !
L'approche de l'équipe de Fermi fut très prudente , des compteurs surveillaient les taux de neutrons au fur et à mesure que l'on plaçait les derniers éléments de combustible .
On visualise ainsi le pouvoir multiplicateur en neutrons du milieu avant qu'il ne devienne critique et diverge .
On fait la même chose aujourd'hui ...

Le gars à la hache qui coupe la corde pour laisser tomber l'absorbant neutronique par gravité est aussi crédible .
On arrête les réacteurs de la même façon aujourd'hui ; Bien , il n'y a plus la corde mais la gravité joue son rôle .

Le terme SCRAM a été utilisé ( cette sale manie de vouloir utiliser des termes US ... ) aussi en France , jusqu'aux années 70 environ , après l'on a pris l'habitude de dire " chute de barres " .
Si le réseau de diffusion d'un réacteur sort cette annonce , c'est que le réacteur vient de s'arrêter de façon volontaire ou automatique sur défaut ...

[Tawahi-Kiwi]

Je ne crois pas trop à cette anecdote du seau de sels de Cd ...
En tout cas , le Wiki anglais : https://en.wikipedia.org/wiki/Chicago_Pile-1 , n'en parle pas et sa description est très crédible :

Justement, il en parle

Samuel Allison stood ready with a bucket of concentrated cadmium nitrate, which he was to throw over the pile in the event of an emergency.

....mais la reference semble etre un peu moins 'cocasse' que de se tenir avec un seau a cote de la pile.

The last line of defense consisted of a "liquid-control squad" that stood on a platform, ready to flood the pile with a cadmium-salt solution.

Si c'est plus qu'un seau, alors je peux imaginer que cela peut avoir un effet sur 50 tonnes d'uranium, d'autant plus si c'est dispersé de maniere réflechie.

T-K

[A voir en vidéo sur Futura]

[XK150]

Techniquement parlant , il n'y a pas besoin de beaucoup d'absorbant neutronique pour arrêter un réacteur :
les réacteurs fonctionnent " juste critique " et cette phase physique doit être maintenue et corrigée en permanence :
Ne fait rien ( et si toute choses égales par ailleurs ) et seulement à cause de la consommation permanente des noyaux fissiles , fait que le réacteur va s'arrêter de lui-même .
Le pilotage , c'est l'art d'être stable ( ou presque ... ) dans un milieu qui veut diverger ou converger en permanence de façon exponentielle .
Ce n'est pas comme avoir le pied calé sur l'accélérateur pour rouler à vitesse constante .

Ce qui est moins crédible pour le seau , c'est son effet très localisé : mais ça peut suffire !

[Sethy]

N'oublions pas qu'on avait quand même affaire à une sciences (ici à prendre au sens tant de l'aspect scientifique que technologique) balbutiante.

N'y a-t-il d'ailleurs pas eu un essais français où la puissance obtenue à largement dépassé les attentes en raison d'un revêtement qui aurait du rester inerte mais qui en raison de l'intensité du bombardement est lui aussi entré en fission ? De mémoire, il s'agissait d'une histoire de section efficace mal ou pas prise en compte. Quelqu'un voit de quel essai je parle ?

[FC05]

Je pense qu'il est possible que ce truc ait été envisagé.

La seule question est de savoir si il aurait été vraiment efficace ou aurait tenu de la "plume de Dumbo".

Et pour moi tous les réacteurs sont en "sous critique" et ne fonctionnent à flux constant que grâce aux neutrons retardés qui laissent un temps de réaction suffisant pour les contrôler.
Sans ce phénomène le contrôle effectif du réacteur serait impossible.
C'est d’ailleurs ce qui fait toute la différence entre un réacteur et un bombe et qui n'est jamais mis en avant.

Je ne sais pas quel était l'état de la science au moment de la pile de Chicago, mais sans ces neutrons retardés ça aurait pu mal tourner.
Même si les conséquences n'auraient pas eu l'aspect d'une bombe ... même avec une masse critique ça ne fait pas une vraie bombe, juste un "problème local".

Sinon pour les systèmes actuels, c'est du bore qui est utilisé, en routine ou en urgence.

[XK150]

N'oublions pas qu'on avait quand même affaire à une sciences (ici à prendre au sens tant de l'aspect scientifique que technologique) balbutiante.

N'y a-t-il d'ailleurs pas eu un essais français où la puissance obtenue à largement dépassé les attentes en raison d'un revêtement qui aurait du rester inerte mais qui en raison de l'intensité du bombardement est lui aussi entré en fission ? De mémoire, il s'agissait d'une histoire de section efficace mal ou pas prise en compte. Quelqu'un voit de quel essai je parle ?

Non , je ne vois pas de quelle expérience il s'agit .

Avant le réacteur de Fermi , l'équipe du Collège de France avec F.Joliot avait prouvé qu'avant d'être critique , le milieu devenait de plus en plus multiplicateur de neutrons .
C'était suffisant comme preuve d'obtenir une réaction en chaîne et surtout l'équipe a dû alors se refugier en Angleterre avec l'uranium et l'eau lourde , rares à l'époque , avec le début de la guerre en 1939 .

[XK150]

Je pense qu'il est possible que ce truc ait été envisagé.

La seule question est de savoir si il aurait été vraiment efficace ou aurait tenu de la "plume de Dumbo".

Et pour moi tous les réacteurs sont en "sous critique" et ne fonctionnent à flux constant que grâce aux neutrons retardés qui laissent un temps de réaction suffisant pour les contrôler.
Sans ce phénomène le contrôle effectif du réacteur serait impossible.
C'est d’ailleurs ce qui fait toute la différence entre un réacteur et un bombe et qui n'est jamais mis en avant.

Je ne sais pas quel était l'état de la science au moment de la pile de Chicago, mais sans ces neutrons retardés ça aurait pu mal tourner.
Même si les conséquences n'auraient pas eu l'aspect d'une bombe ... même avec une masse critique ça ne fait pas une vraie bombe, juste un "problème local".

Sinon pour les systèmes actuels, c'est du bore qui est utilisé, en routine ou en urgence.

Les neutrons retardés effectivement aident au pilotage en rendant le réacteur moins " prompt " et donnant un temps de doublement de la puissance acceptable ...
Mais cela n'entraîne pas un fonctionnement sous critique pour autant :
Dans un EDF - REP actuel , il se produit environ 1.3 10^20 fissions par seconde . Pour obtenir ce taux de fission , il faut obligatoirement laisser se développer et contrôler la réaction en chaîne .
Le réacteur est sous critique avant que la réaction en chaîne soit amorcée . Après , il est " juste critique " .
Dans ces mêmes réacteurs , cette limite est vers 400 W alors que la puissance nominale est de 4300 MW thermique , donc un facteur 10^7 sur la puissance ...

[Sethy]

Non , je ne vois pas de quelle expérience il s'agit .

J'ai mis un certain temps à la retrouver, essai nucléaire américain et pas français, fusion et pas fission ... autant dire que ce n'était pas gagné. Malgré tout sur le fond, cela démontre les nombreuses méconnaissances de l'époque (on était quand même déjà en 1954). Je cite wiki :

Composée à 40 % de lithium 6 enrichi et d'uranium, elle a de manière spectaculaire dépassé les prévisions en termes de puissance. Cet effet inattendu fut causé par la présence du lithium 7, un isotope normalement stable, mais qui, selon sa « section efficace », se divise en hélium et en tritium lorsqu'il est bombardé avec des neutrons énergétiques. Le tritium contribua sensiblement à la fusion.

Sa puissance avait été prévue à 5 mégatonnes. Le dispositif de ce tir (en surface) a toutefois explosé en fait à 15 mégatonnes, dans des conditions météorologiques mal appréciées, en raison notamment d'un changement d'orientation des vents en altitude ; la pulvérisation du corail a entraîné la formation d'un aérosol (cendres blanches) dont l'activité était très élevée3.

Source : https://fr.wikipedia.org/wiki/Castle_Bravo

[Tawahi-Kiwi]

La seule question est de savoir si il aurait été vraiment efficace ou aurait tenu de la "plume de Dumbo".

Oui, c'était un peu mon sentiment (sans y connaitre grand chose au sujet). Mais s'il ne s'agit pas d'un bete gars avec un seau devant 500 tonnes mais d'un systeme un tout petit peu plus élaboré. Alors, peut etre y'avait-il plus de reflexion dans cette mesure de sécurité qu'il n'y parait.

T-K