Rapport d'activité de la DEN 2006 - CEA Saclay

Les avancées de la R&D
sur les futurs réacteurs
Renforcement de la R&D sur le RNR sodium
Afin d’optimiser leur action dans la
perspective du prototype 2020, le CEA et
ses partenaires AREVA et EDF ont défini
un programme de R&D en commun sur le
RNR sodium et s’apprêtent à renforcer leur
organisation pour partager leurs efforts et
leurs résultats.
Les premières études réalisées en 2006
aboutissent à une proposition de cœur
de référence 3600 MWth (~ 1500 MWe)
qui sera comparé à celui du projet EFR
(European Fast Reactor abandonné en
1998). Cette proposition est notamment
fondée sur un cœur isogénérateur sans
couverture (ce qui lui donne de fait un
potentiel de surgénération significatif en
cas d’ajout de couvertures), avec des
paramètres de sûreté améliorés par rapport
à ceux d’EFR (notamment par la réduction
de la proportion de sodium dans le cœur).
Une étude similaire sur des cœurs
de faible puissance (1200 MWth,
~ 500 MWe) a été réalisée,
avec une première
recherche d’optimisation
de la manutention, du
dimensionnement des
échangeurs, et des
systèmes d’extraction de
puissance.
Cœur de référence
RNR sodium
de 3600 MWth
(1500 MWe)
zoom
Étude conceptuelle
de RNR expérimental
à gaz (REDT)
L’étude du domaine de faisabilité
du RNR gaz a démontré l’intérêt d’une forte
puissance unitaire permettant de
gagner des marges sur la conception du
combustible et d’optimiser l’économie du
concept sans concession sur l’approche
de sûreté. En conséquence, les études se
concentrent depuis 2005 sur un système
de 2400 MWth (~ 1200 MWe) dont les
caractéristiques ont été précisées en
2006, notamment pour ce qui est
des moyens d’Evacuation de la
Puissance Résiduelle (EPuR)
en situations accidentelles.
Une nouvelle architecture
de ces moyens a été
définie sur la base du choix
de la convection forcée en
première ligne de protection.
Cette stratégie permet de simplifier
la gestion des situations accidentelles
et de relâcher des contraintes pour le
Concept modulaire de RNR
sodium de 1200 MWth (500 MWe)
avec conversion par turbine à gaz
Approfondissement du dossier
de faisabilité du RNR gaz
refroidissement en « convection naturelle »
qui intervient après un ou deux jours.
La conception du REDT a fortement évolué
sur le plan de la gestion des situations
accidentelles.
Pour ce qui est du combustible, une
première recherche d’optimisation des
assemblages définis en 2005
(à plaques alvéolées ou
à aiguilles) a permis de
progresser sur les choix
de conception et de
matériaux de gainage pour
assurer l’étanchéité aux
produits de fission, tout en
respectant les impératifs de
tenue thermo-mécanique
et de compatibilité entre
matériaux.
Schéma d’un assemblage combustible
à plaques alvéolées
300 µm
50 µm
Vue en coupe par
micrographie optique d’un
gainage innovant avec liner
interne erbié
Alliage Zr
L’innovation dans
les réacteurs à eau
Les réacteurs à eau représentent aujourd’hui l’essentiel
de la puissance électronucléaire installée (370 GWe,
17% de la production d’électricité mondiale) et resteront
largement majoritaires au cours du 21 e siècle. En
effet, le renouvellement des réacteurs actuels et le
développement de nouvelles capacités de production
nucléaire avec des réacteurs à eau de 3 ème génération
(REP ou REB) se feront principalement de 2020 à
2040, période pendant laquelle la puissance
installée pourrait s’accroître, notamment du fait des
besoins des pays émergents. Les recherches
d’innovations. s’intéressent en priorité à accroître le
taux de combustion (au-delà de 100 GWj/t) et à
renforcer la robustesse des éléments combustibles
en situations accidentelles. Elles portent également
sur les avancées technologiques réalisables sur les
systèmes et les composants de la chaudière. En
2006, un brevet a été déposé sur des gaines de
combustible contenant un poison consommable
(erbium) sous la forme d’un double liner Zr-Er devant
permettre d’allonger la durée des cycles et d’atteindre
de très forts taux de combustion. En complément, de
premiers d’essais d’oxydation à haute température
(1000/1100°C) sur les échantillons de gaines
revêtues de nano ou multi-couches montrent
un gain significatif et confirment l’intérêt
potentiel de ces solutions.
Liner
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