De la fission aux nouvelles filiÃ¨res - Cenbg - IN2P3

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6 TYPES DE REACTEURS NUCLEAIRES 6.1 Principes et types actuels de réacteurs nucléaires de puissance Les principes pour utiliser l'énergie nucléaire pour la production d'électricité sont les mêmes pour la plupart des réacteurs de puissance. L'énergie qui provient de la fission des atomes de combustibles est utilisée sous forme de chaleur présente dans l'eau ou dans le gaz et est par la suite convertie en vapeur. Cette vapeur sert pour l'entrainement de turbines qui via un alternateur produisent de l'électricité. Les différents réacteurs de puissance se reposent cependant sur un certain nombre d'éléments communs: ‣ Le combustible: généralement des pastilles sous forme de dioxyde d'uranium (UO 2 ) placées dans un gainage pour former ainsi un crayon de combustible; ces crayons sont regroupés pour formés un assemblage qui est placé dans le réacteur ‣ Le modérateur: c'est un matériau qui ralentit les neutrons, créés lors de la fission, pour induire plus de fissions; généralement de l'eau, de l'eau lourde, ou du graphite. ‣ Les barres de contrôle: ces barres contiennent un élément absorbant: comme le cadmium, l'hafnium ou le bore, elles peuvent être introduites ou retirées du réacteur pour contrôler la puissance du réacteur. ‣ Le caloporteur: c'est un liquide ou un gaz qui circule à travers le cœur pour que la chaleur produite soit transférée au caloporteur. ‣ Cuve pressurisée ou tubes pressurisés: soit une cuve robuste en acier qui contient le cœur (avec le modérateur) ou bien une série de tuyaux qui contiennent le combustible et le fluide caloporteur et traversent le modérateur. ‣ Le générateur de vapeur: partie du système de refroidissement où la chaleur du réacteur est utilisée pour faire de la vapeur pour la turbine. ‣ L'enceinte de confinement: structure autour du réacteur qui est développée pour protéger le réacteur contre chaque intrusion externe et pour protéger le monde extérieur pour les effets des radiations ou une anomalie à l'intérieur. Il existe de différents types de réacteurs de puissance, développés et construits comme reproduit dans le tableau 6. Tableau 6: Différents types de réacteurs de puissance Nuclear power plants in commercial operation Reactor type Main Countries Number GWe Fuel Coolant Moderator Pressurised US, 252 235 enriched water water Water Reactor (PWR) France, Japan, Russia UO 2 Boiling Water Reactor (BWR) US, Japan, 93 83 enriched water water Sweden UO 2 Gas-cooled Reactor (Magnox AGR) & UK 34 13 natural U CO 2 graphite (metal), enriched UO 2 114
Pressurised Heavy Water Reactor “CANDU” (PHWR) Canada 33 18 natural UO 2 heavy water heavy water Light Water Graphite Reactor (RBMK) Russia 14 14 enriched UO 2 water graphite Fast Neutron Reactor (FBR) Japan, France, Russia 4 1.3 PuO 2 and UO 2 liquid sodium none Other Russia, 5 0.2 Japan TOTAL 435 364 GWe = capacity in thousands of megawatts. Source: Nuclear Engineering International handbook 2000 updated, including Pickering A in Canada. La plupart des réacteurs doivent être arrêtés pour le rechargement, de manière à ce que la cuve puisse être ouverte. Dans ce cas le rechargement se produit dans des intervalles de 1 an à 2 ans et généralement un tiers ou un quart des assemblages sont remplacés par du combustible neuf. Les types CANDU et RMBK ont des tubes pressurisés à la place d'une cuve pressurisée et peuvent donc être rechargés pendant le fonctionnement en déconnectant individuellement les tubes pressurisés. Si du graphite ou de l'eau lourde est utilisée comme modérateur, il est possible de faire tourner le réacteur avec de l'uranium naturel à la place d'uranium enrichi. L'uranium naturel a la même composition isotopique que le minerai (0.7% U-235 en 99.3% U-238). Dans l'uranium enrichi la quantité en U-235 a été augmentée à un pourcentage (ce que l'on appelle l'enrichissement) généralement entre 3.5 % et 5%. Dans ce cas le modérateur peut simplement être de l'eau et de tels réacteurs sont aussi appelés réacteurs à eau légère. Le combustible le plus utilisé est la céramique de dioxyde d'uranium enrichi en U-235. Les pastilles de combustible (typiquement un diamètre de 1 cm et d'une longueur de 1 à 1.5 cm) sont chargées dans un gainage en zircaloy. Le zircaloy est un allia ge de zirconium qui est un matériau dur et résistant à la corrosion et qui de plus est transparent pour les neutrons. Ci-dessous nous allons v oir plus en détails les aspects spécifiques des différents réacteurs. 6.1.1 Réacteur à eau pressurisée (REP) Les réacteurs à eau pressurisée sont le type de réacteur le plus répandu dans le monde. Au total il y a 230 réacteurs en service pour la production d'électricité et encore environ une centaine pour la propulsion de navire. Le proje t vient d'un ré acteur de puissance pour un sous-marin. Les REP utilisent de l'eau "normale" comme modérateur et caloporteur. L'aspect spécifique de ce genre de réacteur est qu'un circuit de refroidissement primaire traverse le cœur du réacteur sous très haute pression et que dans le circuit secondaire de la vapeur est générée pour alimenter la turbine. (Voir Figure 29) 115
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10.5.1 Exemple de validation des do
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Liste des notations [= …] notatio
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Introduction Depuis près de quinze
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2. Le pilotage et le contrôle des
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2.3.4.1. La méthode Rossi-alpha Le
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3.1.2. La cible de spallation Le ch
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3.3.4. Le design du cœur sous-crit
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PORQUET Marie-Geneviève CSNSM - B
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