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

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été choisi comme caloporteur afin d’avoir une densité de puissance élevée et pour ce faire le Pb-Bi a été préféré au sodium afin d’éviter les risques d’incendie. De plus il est identique au matériau choisi pour la cible de spallation. Tous les composants du circuit primaire sont insérés dans le réacteur par le haut à travers le couvercle. L’emplacement de la cible de spallation, au centre du cœur, est de petite taille de façon à conserver la place disponible dans le cœur pour loger des expériences. Le concept retenu pour la cible est une cible sans fenêtre car aucun matériau ne pourrait supporter la densité de puissance déposée (~10 kW/cm 2 ) dans la fenêtre, la densité de courant étant d’environ 150 μA/cm 2 . Le niveau de sous-criticité choisi est k s =0.95, ce qui garantit la sous-criticité même dans des circonstances accidentelles d’insertion de réactivité. Les caractéristiques de l’accélérateur de protons pour atteindre 50 MWth dans ces conditions sont une énergie de 350 MeV et une intensité de 5 mA 7 . 3.3.2. Le design de l’accélérateur Le premier accélérateur envisagé était un cyclotron produisant 2 mA de protons de 250 MeV, ce qui était des caractéristiques raisonnablement extrapolées d’un cyclotron existant développé par IBA pour la proton thérapie. Cependant cette puissance de faisceau ne permettait pas d’atteindre les caractéristiques neutroniques attendues du cœur, c’est pourquoi les caractéristiques finales du faisceau de protons sont devenues 350 MeV x 5 mA. Bien que rentrant encore dans des fourchettes accessibles à un cyclotron, les conclusions du groupe de travail « accélérateur » de PDS-XADS concernant le point crucial de la fiabilité de la machine ont conduit à préférer l’option d’un accélérateur linéaire (LINAC). Le design de cet accélérateur est en tous points semblable à celui décrit dans le paragraphe 3.1.1. Son coût est évalué à 185 M€. Figure 12 : Projet de démonstrateur d’ADS de 50 MWth refroidi au Pb-Bi MYRRHA du SCK•CEN [28]. 7 Une application numérique réalisée à partir de l’expression (7) vue au chapitre 1 donne 52 MWth avec ks =0.96, ν=2.95, E f =210 MeV et S= 1.9x10 17 n/s (un proton de 350 MeV produit en moyenne 6 neutrons source par spallation sur Pb-Bi), valeurs caractérisant la source et le cœur de MYRRHA [28]. 328
3.3.3. Le design de la cible de spallation sans fenêtre La puissance résultant du faisceau délivré par l’accélérateur, compte tenu des conditions ci-dessus, est de 1.75 MW, dont 82% sont déposés dans la cible de spallation sous forme de chaleur. Une évacuation continue de la chaleur de la cible est donc nécessaire, ce qui a conduit au choix d’une cible en métal liquide. L’eutectique plomb-bismuth a été choisi, comme pour le fluide caloporteur. Nous avons vu que la densité du courant de protons entraînait une puissance déposée dans une éventuelle fenêtre trop élevée pour garantir l’intégrité de celle-ci. Un concept sans fenêtre a donc été préféré. Compte tenu du peu de place pour loger la cible, la surface libre de celle-ci sera réalisée par un flux coaxial vertical du fluide. La boucle de spallation passe dans le cœur et se referme à l’extérieur du cœur pour le laisser accessible (voir figure 13). Tous les composants actifs de la cible sont placés dans la partie décentrée du module de spallation, cela inclut : - l’échangeur de chaleur dont le circuit secondaire utilise le caloporteur LBE de l’enceinte principale - une pompe mécanique - une pompe magnéto-hydrodynamique qui régule le flux du liquide de spallation et permet d’ajuster la position de la surface libre du liquide dans le module de spallation - le système de vide constitué d’un ensemble de pompes cryogéniques - le système de conditionnement et de filtrage du LBE. La position décentrée de ces éléments réduit aussi l’irradiation à laquelle est soumis l’ensemble, et en particulier la formation d’He dans les structures qui conduirait à un renouvellement très fréquent des éléments des composants de la boucle. Toute la boucle de spallation peut être retirée de l’enceinte après le déchargement du cœur. On peut également ne retirer que le sous-module contenant les composants actifs afin de réaliser des opérations de maintenance tout en laissant la boucle de spallation en place. Toutes ces opérations peuvent être réalisées dans le hall du réacteur sous atmosphère inerte. Figure 13 : Positionnement de la boucle de spallation dans l’enceinte de MYRRHA (le cœur du réacteur est au centre) et détail de la boucle seule [28]. Le matériau cible en lui-même circule depuis le module de spallation décentré et traverse l’axe central du cœur sous-critique. Il s’écoule à travers trois canaux d’amenée entourant la ligne de transport de faisceau. La zone cible proprement dite est la zone de surface libre formée par le liquide au confluent de ces trois canaux, au milieu du cœur (voir figure 14). Le faisceau de protons arrive sur la cible par le haut et après la zone d’impact le liquide s’évacue par un canal central unique qui l’achemine par le tube en u inférieur vers les échangeurs de chaleur et le système de pompage. L’évacuation de la puissance se fait donc par convection forcée à travers un échangeur dont le circuit secondaire est le caloporteur LBE de l’enceinte principale. La circulation du liquide dans la cible se fait à 10 litres/s ce qui conduit à une augmentation de température de moins de 100°C par rapport à la température opérationnelle optimale de 240°C. Le contrôle de la zone de recirculation est très important car si elle est trop petite ou trop grande cela conduit à une 329
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ECOLE INTERNATIONALE JOLIOT-CURIE D
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Cours enseignés aux précédentes
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Modélisation et Evaluation de Donn
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Un exemple de données nucléaires
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Γ b . Malheureusement, comme il n
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Signalons cependant que des études
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Mesure de sections efficaces d’in
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PORQUET Marie-Geneviève CSNSM - B
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