De la fission aux nouvelles filières - Cenbg - IN2P3

270°C environ, mais pour le sodium elle peut être plus élevée (500°C), ce qui fait passer le
rendement thermique de 33 à 40% environ. L’utilisation du gaz (He) à haute ou très haute
température (800 à 1000 °C) peut laisser envisager des rendements de l’ordre de 50%.
Pour un réacteur refroidi au sodium de type Superphénix, la densité de puissance moyenne
atteint 500 W/cm 3 , et le rendement 40%. Le combustible est un oxyde mixte d’uranium et de
plutonium de densité 10 g/cm 3 . On obtient donc une masse totale de combustible dans le cœur
du réacteur de M comb = 10 9 x 10 10 -6 / 0,4 / 500 = 50 t/GWe.
La masse totale de combustible n’est pas le paramètre le plus pertinent, la matière première
(uranium naturel) étant disponible et peu chère. Le facteur important est la masse de matière
fissile dans le cœur, c'est-à-dire ici le plutonium ; c’est en effet une matière non naturelle,
produite par les réacteurs actuels, dont les stocks sont limités. Il est donc important de
connaître la masse nécessaire qu’il faut accumuler avant de pouvoir démarrer un réacteur.
Pour faire ce calcul, nous supposons que la condition de régénération est assurée, et que l’on a
construit un réacteur exactement régénérateur (N d = 0). Si la matière fissile est régénérée
parfaitement, on peut écrire que le nombre de capture sur le fertile par unité de temps
compense exactement le nombre d’absorption (capture et fission) sur le fissile par unité de
temps. Cela s’écrit :
capture
capture fission
N σ φ = N ( σ + σ ) φ
fertile
fertile
Et on obtient :
C fis
=
σ
capture
fertile
σ
+ σ
fissile
capture
fertile
capture
fissile
fissile
+ σ
fission
fissile
fissile
Cette formule donne la concentration fissile/fertile correspondant à la régénération. La
concentration C fis dépend donc uniquement des sections efficaces moyennes des noyaux
fertile et fissile. Ces sections efficaces moyennes dépendent du spectre de neutrons, et donc de
tout l’environnement du combustible (gaines, caloporteur, etc…). Le tableau suivant donne
les valeurs de ces sections efficaces moyennes obtenues dans un réacteur à neutron rapide
refroidi au sodium, de type Superphénix, on obtient une concentration en matière fissile de
l’ordre de 13%.
σ cap fertile σ cap fissile σ fis fissile c (%)
U/Pu rapide 0.3 0.5 1.85 13
On peut tracer le terme C fis comme
une fonction de l’énergie du neutron
incident, puisqu’il s’agit simplement
d’un rapport de sections efficaces, et
ceci pour les deux cycles possibles,
uranium et thorium. On constate
immédiatement que le thorium, qui
permet d’atteindre la régénération en
spectre thermique, bénéficiera d’un
inventaire en cœur plus faible puisque
la concentration fissile/fertile est de
l’ordre de 1,5% contre 13% en spectre
rapide. Bien entendu, il faut prendre
tous les autres paramètres en compte
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