Barres de controle Enceinte de confinement Séparateur de vapeur Vapeur vers la turbine Eau du condenseur Graphite (modérateur) Tiges de carburant Pompe à eau

Chernobyl (1986)

Quand un point chaud se produit dans le réacteur, la densité de l'eau diminue à cet endroit (dilatation de l'eau avec éventuellement formation de vapeur) et l'absorption de neutrons se réduit, augmentant les réactions en chaine à cet endroit (positive void coeeficient: coéfficient de vide positif).

Le graphite n'absorbe pas les neutrons et permet d'utiliser de l'uranium naturel (faiblement enrichi) moins cher. Ce type de réacteur était donc souvent utilisée par l'URSS alors que tous les autres pays avaient abandonné cette technologie. Le réacteur était également conçu pour une puissance plus élevée que celle d'une centrale nucléaire typique (1.5GW au lieu de 1GW).

Une autre raison de l'utilisation de ce type de réacteur était la faculté de produire du plutonium (pour faire des bombes atomiques) en remplaçant certaines barres de combustible (cela peut même être fait sans que les opérateurs soient au courant).

Les barres de combustible sont placées dans des tubes de force (il y en a plus de mille) et refroidis par une circulation d'eau qui passe auteour des barres. Toute la circulation d'eau et de vapeur se dirige alors vers un séparateur de vapeur. Chaque tube de force est indépendant et il est possible de remplacer les barres de combustible pendant le fonctionnement normal du réacteur (ce qui n'est pas possible avec les réacteurs plus courants).

Les barres de controle s'enfoncent dans des gaines propres, qui normalement sont remplies d'eau. Le faible jeu fait que les barres mettent 20 secondes à s'enfoncer complètement. Les barres ne sont vraiment actives que quand elles sont conplètement enfoncées dans le réacteur, et de plus le fait de repousser l'eau rend le réacteur plus réactif pendant la phase d'enfoncement.

Les circuits d'eau correspondent à celui d'un réacteur à eau bouillante, où la vapeur se forme dans le circuit primaire. C'est normalement une technologie sûre, si elle est bien maitrisée. Par contre associée à un modérateur au graphite, la technologie est peu sûre. La différence de température dans le circuit primaire est faible, et l'eau peut facilement passer à l'état de vapeur à différents endroits du circuit primaire. Les pompes ont tendance à caviter, ce qui réduit le rendement des pompes.

Le graphite qui agit comme modérateur absorbe l'énergie cinétique des neutrons passe à un état instable et peut brusquement libérer cette énergie de façon incontrolable.

La Russie a choisi ce type de réacteur car il pouvait être réalisé rapidement avec les moyens technologiques limités: le réacteur n'a pas d'enceinte mais des tubes de force qui pouvaient être fabriqués avec les moyens de bord. De plus la production de plutonium était interessante pour le smilitaires.

Les groupes de secours qui alimentent les pompes mettent plus d'une minute avant d'atteindre leur puissance nominale de 5.5MW, ce qui était jugé trop long. Des essais avaient été effectués pour utiliser l'énergie cinétique restante de la turbine et de l'alternateur pour alimenter les pompes pendant la montée en puissance des groupes électrogènes, mais les essais n'étaient pas concluants. Un nouveau test était prévu, et la catastrophe s'est produiten pendant un tel test.

La puissance du réacteur devait être réduite à 700MW pour pouvoir effectuer le test. A cause de la présence de produits issus de la fission nucléaire, la puissance continue à chuter (c'est le phénomène d'empoisonnement du réacteur (core poisoning bien connu). Les opérateurs retirent les barres de controle au dela du niveau de sécurité.

L'enclenchement et l'arrêt de diverses pompes de circulation rendent le réacteur instable. Le test doit en effet être reporté car la centrale doit également fournir de l'électricité. Les alarmes qui sonnent sont ignorées et on continue la préparation pour le test.

Le test consiste en la ferméture de la vanne de vapeur de la turbine. Les groupes électrogènes se mettent automatiquement en route, mais pendant ce temps l'énergie pour les pompes est uniquement fournie par l'alternateur qui ralentit de plus en plus. Le débit d'eau chute, des bulles de vapeur se forment dans le réacteur, réduisant l'absorption de neutrons. Le réacteur déjà très instable produit brusquement une puissance extrème. Ce pic de puissance entraine automatiquement la chute des barres de controle.

Pendant la chute des barres, un nouveau pic de puissance se produit, causé par le déplacement de l'eau dans les gaines. Les élements du réacteur sont déformés et empèchent la descente des barres. On a noté une puissance instantanée de 30GW, soit plus de dix fois la puissance maximale du réacteur. L'eau se transforme pratiquement instantanément en vapeur, la dalle de béton au dessus du réacteur est projetée en l'air et retombe, détruisant encore un peu plus les installations. Le carburant est éparpillé autour du réacteur, arrêtant de ce fait la réaction en chaine.

Le graphite continue par contre à bruler, tandis que la radioactivité fait encore monter la température. Le fond du réacteur fond et les matières radioactives en fusion (corium) se répandent sous le réacteur. On retrouve des matières radioactives projetées hors du réacteur à une centraine de mètres du batiment.