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12/1/2016 Réacteur rapide refroidi au sodium Initiation à l’énergie nucléaire V

12/1/2016 Réacteur rapide refroidi au sodium Initiation à l’énergie nucléaire VAILLE Nicolas FERNANDEZ Alejandro ROJAS Esteban . 1 Table des matières 1. Introduction............................................................................................................................... 2 2. Caractéristiques du spectre rapide ........................................................................................... 2 3. Avantages et inconvénients du sodium .................................................................................... 3 Avantages du sodium ................................................................................................................ 3 Désavantages du sodium .......................................................................................................... 3 4. Schème de fonctionnement d’un SFR ....................................................................................... 4 5. Cœur du réacteur ...................................................................................................................... 5 6. Analyse de sûreté ...................................................................................................................... 6 7. Exemple de réalisation (slides 11 et 12) .................................................................................... 7 EBR-I. Experimental Breeder Reactor I...................................................................................... 7 Reactor BN-350. Central de Aktau ............................................................................................ 7 Jōyō, Japón ................................................................................................................................ 7 Superphénix. Malville, France ................................................................................................... 8 8. Perspectives d’avenir et conclusion (slide 13) ......................................................................... 8 Perspectives d’avenir ................................................................................................................ 8 Conclusion ................................................................................................................................. 8 2 1. Introduction Les réacteurs nucléaires les plus répandus à l’heure actuelle sont des générateurs de génération II, dont les REP font partie. Depuis quelques années, des réacteurs nucléaires de génération III, tels que les EPR, commencent à être construits pour, à terme, remplacer ceux de l’ancienne génération. Enfin, en 2001 a eu lieu le forum International Génération IV qui a réuni différents pays acteurs du nucléaire pour concentrer les efforts de recherche sur différents types de réacteurs, qui ne pourront être construits avant les années 2030. Parmi les solutions retenues, il y a eu les réacteurs à neutrons rapides. Cette technologie consiste à utiliser un fluide caloporteur qui ralentisse peu les neutrons. Les caloporteurs possibles retenus lors de ce forum sont le plomb/bismuth, le gaz, les sels fondus et le sodium. Dans cet exposé, nous nous concentrerons sur les réacteurs au sodium, et nous expliquerons leur fonctionnement, leurs avantages et inconvénients, ainsi que leurs perspectives d’avenir. 2. Caractéristiques du spectre rapide L’un des buts des réacteurs rapides est de mieux utiliser l’U-238, qui est normalement gaspillé dans les réacteurs thermiques. L’U-238 est utilisé comme matériel fertile pour la production de Pu-239. L’U-238 doit capturer un neutron et, après deux désintégrations β-, il est transformé en Pu-239. Ce processus, qu’on appelle « surgénération », permet de générer du combustible pendant l’opération, qui peut en profiter pour se fissionner. Un autre avantage de cette filière est la possibilité de transmuter certains actinides de haute masse produits par la fission. Ceci permettrait de produire moins déchets radioactifs. Ratio fission/absorption de différents éléments et isotopes Dans ce but, il faut que lors de ce processus, les neutrons ne perdent pas trop d’énergie, et donc que le cœur du réacteur soit très compact et que le caloporteur 3 n’agisse pas comme modérateur. Dans cette filière de réacteurs, le caloporteur est le sodium liquide. 3. Avantages et inconvénients du sodium Avantages du sodium L’usage du sodium comme caloporteur est justifié par deux principales raisons : sa faible capacité de modération et sa forte capacité de refroidissement, 70 fois supérieure à celle de l’eau, ce qui permet un meilleur refroidissement du cœur. De plus, à pression ambiante, sa température de solidification est de 100ºC environ, et sa température d’ébullition, de 900ºC. Cela rend difficile la solidification ou l’évaporation du sodium, puisque la température d’opération est de 500ºC environ. Le sodium, donc, n’a pas besoin de pressurisation pour se maintenir à l’état liquide (alors que c’est le cas dans les REP). Une autre caractéristique du sodium comme caloporteur est l’absence d’oxygène, car la corrosion des matériaux est évitée. Désavantages du sodium Les réacteurs au sodium présentent également des inconvénients par rapport aux réacteurs à eau pressurisée (REP) : - Le combustible est plus irradiant à cause notamment d’une plus grande concentration de plutonium, qui émet une radioactivité α. Le combustible est donc plus difficile à transporter. - L’extinction d’un feu de sodium est assez difficile - Le sodium est très corrosif pour des aciers présentant des impuretés, ce qui nécessite l’utilisation d’aciers à bac Carbone. - Le générateur de vapeur doit être de très bonne qualité, afin d’éviter le contact entre le sodium et l’eau. - Le sodium est opaque, alors que l’eau est transparente, ce qui rend plus difficile la détection visuelle d’anomalie dans les conduites. - Production de dihydrogène H2 lors du traitement des résidus de sodium. - Pour le moment, les réacteurs au sodium qui ont été expérimentés ne sont pas plus rentables que les réacteurs REP. 4 4. Schème de fonctionnement d’un SFR Il s’agit du schéma de fonctionnement d’un réacteur rapide au sodium. Il y a deux parties principales : le type « pool », à gauche, et le type « loop », à droite. Les deux ont trois circuits : Dans le circuit primaire on trouve le cuve avec le caloporteur (le sodium), le cœur du réacteur (avec les éléments combustibles et les grappes de contrôle, qu’on insère par la partie supérieure) et un échangeur de chaleur. Ce circuit ici est en charge de refroidir les éléments combustibles et est donc le seul circuit susceptible d’être activé ou de contenir des éléments radioactifs. Le sodium traverse les éléments en entrant par la partie inférieure du cœur. Après l’avoir refroidi, il sort par la partie supérieure et traverse les tuyauteries d’un échangeur de chaleur qui cède la chaleur absorbée à un circuit intermédiaire. Le circuit intermédiaire est le lien entre le circuit primaire du réacteur et le circuit de turbine (l’équivalent du circuit secondaire dans un REP). Il utilise aussi du sodium. Le sodium, déjà chaud, traverse les tuyaux du générateur de vapeur, où il cède sa chaleur pour évaporer l’eau du circuit de turbine. Après avoir cédé sa chaleur, le sodium va vers une pompe de recirculation qui le propulse de nouveau vers l’échangeur. Ce circuit intermédiaire permet au sodium du circuit primaire de ne pas être utilisé de façon directe pour la production de vapeur d’eau, et donc réduire la probabilité d’avoir du sodium radioactif dans le générateur de vapeur. La différence principale entre le type « pool » et le type « loop » est le circuit primaire. Dans le type pool, tout le caloporteur du circuit primaire est dans la cuve. Dans ce circuit primaire se trouve l’échangeur de chaleur intermédiaire, les tuyauteries, la pompe et une « cuve intérieure » où on trouve le cœur. La pompe permet la circulation du sodium du réservoir à la cuve intérieure. Le sodium entre dans l’échangeur depuis cette cuve et est expulsé de l’échangeur vers la piscine avant de retourner à la cuve. Au-dessus du niveau du caloporteur, on trouve injecté du gaz inerte, généralement argon. Dans le type loop, par contre, le cuve est similaire a celle d’un REP : le caloporteur du circuit primaire est en lien avec les autres éléments (échangeur, pompe) grâce à des tuyauteries. En plus, dans le type loop la cuve est légèrement pressurisée (ce qui n’est pas le cas du type pool). 5 Actuellement, la partie la plus considérée pour les réacteurs de génération IV est le type « pool ». 5. Cœur du réacteur Cuve d’un SFR La cuve du réacteur doit être conçue pour résister à des températures élevées, étant donné que la température de fonctionnement du sodium est d'environ 500 ° C. Le matériau utilisé pour cela est de l'acier inoxydable. Lors de l'utilisation de sodium comme agent de refroidissement, les problèmes de corrosion dans le récipient diminuent. En cas de défaillance de la cuve, une cuve de sécurité entoure la cuve principale et est également soudée sous la dalle. Le cœur du réacteur est similaire à la configuration ci-dessous. La fission se produit principalement dans le cœur du réacteur, où toutes les matières fissiles sont placées conjointement avec une partie de la matière fertile. La conversion de l'U-238 en Pu-239 par capture de neutrons est également réalisée dans une zone appelée « zone fertile » située autour du noyau. A certains points du cœur, les éléments combustibles et les barres de commande sont insérés. Les barres de commande de ces réacteurs sont généralement constituées de carbure de bore (B4C). Multiplier le combustible grâce aux absorptions de l’uranium qui le transforment en plutonium permet d'obtenir une combustion plus lente dans ce type de réacteur, de sorte qu'il ne soit pas nécessaire d'insérer un excès de réactivité aussi élevé que dans les réacteurs à eau légère. 6 Cœur d´un SFR Il y a quelques circuits auxiliaires aux multiples fonctions :  Stockage du sodium  Des circuits de transfert, qui utilisent en général des pompes électromagnétiques pour assurer les mouvements de sodium, de préférence à des variations de pression qui ne présentent pas d´importants risques de fausses manœuvres.  Des circuits d´épuration, qui comportent des pièges froids et un indicateur de bouchage à fonctionnement automatique.  Quelques circuits de sodium, qui ont une fonction de refroidissement : du stockage des assemblages de combustible irradiés, par exemple. Ils utilisent des échangeurs sodium-air et des pompes électromagnétiques. 6. Analyse de sûreté Pour ce type de réacteurs, l’analyse est conduite en se préoccupant tout spécialement des points suivants :  Réactivité : Tout accident de criticité prompte doit être évité ; rappelons que la fraction de neutrons retardés est plus faible dans le cas de la fission uploads/Finance/ rr-sodium.pdf