La séparation et la transmutation des éléments radioactifs à ... - CEA

CEA i Décembre 2012
Figure 6B : transmutation des actinides mineurs (AM) en multirecyclage
AM
Fabrication cibles/combustible
Transmutation
Traitement
AM
AM non transmutés
Déchets
Figure 7A : mode de transmutation
homogène
Figure 7B : mode de transmutation
hétérogène en CCAM
Pu
AM
Fab. combustible
Réacteur
Pu
Fab. combustible
Le mode de transmutation hétérogène vise à séparer physiquement
les actinides mineurs du combustible proprement dit en
les localisant dans des cibles ou des assemblages spécifiques limités
en nombre et gérés de façon indépendante des assemblages
standards. Plusieurs variantes ont été considérées :
n La première de ces variantes consiste à concentrer les actinides mineurs
dans des cibles chargées dans des zones spécifiques du cœur,
avec des teneurs nettement plus élevées que pour la transmutation
homogène. En jouant sur le nombre, la teneur et la position de
cibles, il est possible de minimiser leur impact sur la neutronique
du cœur, sans toutefois réduire entièrement les perturbations apportées.
Les cibles de transmutation « once-through », évoquées
plus haut, s’inscrivaient dans cette première variante dont l’intérêt
est aujourd’hui remis en question.
n Une seconde variante lui est maintenant préférée : elle consiste
à placer les actinides mineurs dans des assemblages appelés
« couvertures », disposés dans les zones périphériques du cœur,
de telle sorte qu’ils n’affectent pas ou peu son fonctionnement
et sa sûreté. L’option des couvertures chargées en actinides mineurs
(CCAM), dans laquelle ceux-ci sont introduits à une teneur
de l’ordre de 10 à 20 % dans une matrice d’oxyde d’uranium,
présente l’intérêt de découpler la gestion des CCAM de
celle des combustibles du cœur mais nécessite, par là-même,
deux lignes de fabrication distinctes (cf. figure 7B). De plus, les
couvertures qui sont soumises à un flux neutronique nettement
moindre que les assemblages du cœur, doivent séjourner
plus longtemps dans les réacteurs pour obtenir des performances
de transmutation équivalentes au mode homogène.
Le mode hétérogène permet de limiter le nombre d’assemblages
contenant les actinides mineurs avec cependant l’inconvénient
qu’il s’agit d’objets plus concentrés, complexes et fortement sollicités.
Tout cela amène à prendre en compte avec une acuité
particulière les questions relatives à leur fabrication, leur manutention
et à leur transport.
AM
Fab. couvertures
Réacteur
La transmutation peut aussi s’inscrire dans une stratégie différente
consistant à découpler cette dernière de la production électrique.
La transmutation est alors réalisée dans des systèmes
spécialement dédiés à cette fonction, placés dans une strate spécifique
séparée des réacteurs électronucléaires. La voie étudiée
est celle des systèmes sous-critiques, appelés systèmes hybrides
ou ADS (Accelerator-Driven System, cf. figure 7C). Le caractère
sous-critique de leur cœur permet en principe de le charger fortement
en actinides mineurs tout en assurant son contrôle et sa
sûreté, ce qui peut être vu comme un avantage pour la transmutation.
Mais pour fonctionner, ces cœurs doivent être couplés à
une source externe de neutrons, composée d’un accélérateur de
protons et d’une cible de spallation. Les ADS sont de fait des
objets complexes dont le développement nécessite la mise au
point d’éléments de très haute technicité et nombre d’incertitudes
demeurent encore sur la faisabilité de certains de ces éléments
ainsi que sur le contrôle et la sûreté de ces systèmes. Les
études et recherches sur les ADS ont été conduites pour l’essentiel
dans le cadre européen du programme Eurotrans du 6 e
PCRD, puis dans divers projets du 7 e PCRD qui ont notamment
concerné la question de l’accélérateur.
Figure 7C : mode de transmutation en ADS
Pu
AM
Fab. combustible
Fab. cibles
Réacteur
ADS
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