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Chapitre I : Réacteur nucléaire rapide à gaz et cahier des charges de l’application A.1.1.1. Méthodologie du choix des orientations technologiques Une convergence s’est affirmée, entre les membres du forum, sur les grands objectifs du programme « Génération IV » et sur la démarche. Quatre objectifs principaux caractérisent les systèmes du futur [3] qui devraient être : Durables : C'est-à-dire économes en ressources naturelles et respectueux de l’environnement (en minimisant la production de déchets en terme de radio-toxicité à long terme, et en utilisant de façon optimale les ressources naturelles en combustible). Economiques : le coût de production du kWh doit être compétitif par rapport à celui d’autres sources d’énergie ce qui implique une économie sur le coût d’investissement par kW électrique installé, sur le coût du combustible et sur le coût d’exploitation de l’installation. Sûrs et fiables : avec une recherche de progrès par rapport aux réacteurs actuels, et en éliminant autant que possible les besoins d’évacuation de population à l’extérieur du site, quelles que soient la cause et la gravité de l’accident à l’intérieur de la centrale. Résistant vis-à-vis des risques de prolifération (gestion du plutonium), et susceptibles d’être aisément protégés contre des agressions externes. Cette méthodologie de travail a permis d’évaluer différents concepts de réacteurs et d’identifier les développements nécessaires dans différents domaines (combustible, procédés du cycle, matériaux, sureté…). A.1.1.2. Les choix réalisés parmi les différents réacteurs proposés Six concepts de réacteurs nucléaires ont été sélectionnés comme les plus prometteurs. Ils permettent de satisfaire la diversité des besoins à couvrir et des contextes internationaux en ne se limitant pas à un système unique. Ces concepts sont les suivants : SFR (Sodium cooled Fast Reactor) : Réacteur à neutrons rapides à caloporteur sodium. LFR (Lead cooled Fast Reactor) : Réacteur à neutrons rapides à caloporteur plomb. GFR (Gas cooled Fast Reactor) : Réacteur à neutrons rapides à caloporteur gaz. SCWR (Supercritical Water cooled Reactor) : Réacteur à eau supercritique. MSR (Molted Salt Reactor) : Réacteur à sels fondus. VHTR (Very High Temperature Reactor) : Réacteur à très haute température. - 38 -
Chapitre I : Réacteur nucléaire rapide à gaz et cahier des charges de l’application La France a exprimé un intérêt prioritaire pour les systèmes avancés à caloporteur gaz à très haute température (VHTR) et à neutrons rapides avec recyclage intégral des actinides (GFR), mais aussi pour le développement du système à neutrons rapides et caloporteur sodium (SFR). A.1.2. Le réacteur à neutrons rapides refroidi par gaz (RNR-G) Le réacteur à neutrons rapides (RNR) refroidi au gaz (RNR-G) constitue une alternative au RNR au sodium (RNR-Na) et représente une voie innovante dans la filière à neutrons rapides. Intrinsèquement, même s’il est nettement moins bon caloporteur que le sodium, l’hélium présente des caractéristiques attractives pour la conception et la sureté d’un réacteur car c’est un gaz chimiquement inerte et transparent aux neutrons. En outre, le RNR-G, capable de fonctionner à plus haute température (850°C), permettrait de satisfaire des besoins autres qu’électrogènes comme la fourniture de chaleur pour des procédés de production d’hydrogène ou de carburant de synthèse, voire pour d’autres applications industrielles (dessalement de l’eau de mer, …), sans être dépendant des tensions sur le coût de l’uranium. En revanche, ce concept ne bénéficie pas de retour d’expériences [4]. A.1.2.1. Le principe de fonctionnement A.1.2.1.1. La réaction de fission nucléaire [5] La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d’un atome lourd (généralement les noyaux d’uranium ou de plutonium) est divisé en plusieurs nucléides plus légers. Cette réaction nucléaire se traduit aussi par l’émission de neutrons et un dégagement d’énergie très important (≈ 200 MeV par fission). Il existe deux types de fission : la fission spontanée et la fission induite. La fission nucléaire spontanée met en jeu la désintégration naturelle d’un noyau atomique, en plusieurs fragments, sans absorption préalable d’un corpuscule. Ce type de fission n’est possible que pour les noyaux extrêmement lourds, car l’énergie de liaison par nucléon est alors plus faible que pour les noyaux moyennement lourds nouvellement formés. La fission induite, utilisée dans les réacteurs nucléaires, a lieu lorsqu’un noyau lourd capture une autre particule (généralement un neutron) et que le noyau nouvellement formé se désintègre en plusieurs fragments. Les noyaux atomiques fissibles appartiennent obligatoirement à la famille des actinides (éléments chimiques compris entre l’actinium et le lawrencium et possédant un numéro atomique entre 89 et 103 inclus), cependant l’ensemble de ces éléments ne réagit pas de la même façon vis-à-vis de neutrons incidents au cœur d’une centrale nucléaire. Les principaux noyaux fissibles sont l’uranium-233, l’uranium-235, le plutonium-239 et le plutonium-241. Il est également possible de fissionner, dans une moindre mesure, le protactinium-230, le neptunium-236 et l’américium-242. - 39 -
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