Types de réacteurs à fission nucléaire
Un réacteur est caractérisé par plusieurs choses :
- son combustible : l’espèce chimique qui va subir le bombardement neutronique
- son caloporteur : c’est la matière qui va s’évaporer au contact du réacteur et actionner les alternateurs
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-son modérateur : c’est la matière qui va ralentir les neutrons rapides issus des réactions de fission.
En effet, plus un neutron est lent, plus il a de chances d’être capté par un atome d’Uranium, et donc de provoquer une nouvelle réaction de fission. Ce modérateur a aussi pour tâche de stopper une partie des neutrons, ceci afin de contrôler la réaction en chaîne.
Le combustible utilisé dans le réacteur est majoritairement de l’uranium, plus ou moins enrichi.
Tous les isotopes de l’Uranium ne sont pas fissiles. Les plus courants sont l’isotope numéro 235 et le numéro 238. A la base, le minerai d’Uranium contient environ 0.70% d’Uranium 235. Il existe plusieurs types d’enrichissement civils :
- Si le taux est compris entre 0.70% et 20%, on dit que l’Uranium est légèrement enrichi
- Si le taux est compris entre 12% et 20%, on dit que l’Uranium est faiblement enrichi
Ce taux de 20% représente la limite civile internationale, cependant, l’Uranium peut être enrichi plus encore. En effet, les applications militaires de l’Uranium nécessitent un taux moyen d’enrichissement de 85%, on parle alors d’Uranium de qualité militaire.
Il est principalement utilisé dans les réacteurs dit « de propulsion », qui ne visent pas à produire de l’électricité, mais à mettre en mouvement un véhicule, un sous-marin ou un porte-avions par exemple.
L’Uranium peut également être appauvri, jusqu’à un taux de 0.2% environ.
Les premières centrales nucléaires étaient alimentées à l’Uranium naturel, le caloporteur était de l’eau et le réacteur était modéré par du graphite, des feuilles pour ralentir les neutrons et des barres pour les stopper. Ces réacteurs sont actuellement tous à l’arrêt, car une importante faille dans leur sécurité avec l’incident de Tchernobyl, en Ukraine le 26 avril 1986. En effet, les opérateurs de la centrale ont retiré toutes les barres de graphite du réacteur numéro quatre pour des raisons de production. La réaction en chaîne de fission, n’étant plus ralentie, s’intensifia et avec elle la température au cœur du réacteur. Quand les opérateurs se rendirent compte que le réacteur fondait, il été trop tard, les barres ne rentraient plus.
Les réacteurs actuels, dit à eau pressurisée, utilisent de l’eau come caloporteur mais également comme modérateur. Leur système a été conçu de telle sorte que, si le réacteur s’emballe et chauffe excessivement, l’eau s’évapore et ne ralentit donc plus les neutrons, qui sont trop rapides pour provoquer des réactions de fission. La réaction en chaîne s’arrête. Ces centrales fonctionnent par ailleurs à l’Uranium enrichi.
Il existe enfin une troisième catégorie de réacteurs, les réacteurs à neutrons rapides, qui n’utilisent de modérateur que pour contrôler le réacteur. En effet le combustible utilisé par ces réacteurs « captant » mieux les neutrons que l’Uranium, il n’y a donc pas besoin de les ralentir.
Les futurs réacteurs nucléaires à eau pressurisée, réacteurs de troisième génération, sont actuellement en construction partout dans le monde. Ils seront plus sûrs que leurs prédécesseurs, et leur production sera de 2% supérieure. Mais surtout ils utiliseront de l’Uranium enrichi à seulement 5%, ce que ne peuvent pas faire les réacteurs actuels.
Enfin, les réacteurs à neutrons rapides, comme le réacteur Super Phénix français, fermé aujourd’hui, peuvent transformer l’Uranium 238 non fissile en Plutonium 239, fissile.
Avec l’utilisation de ces réacteurs, la date limite d’utilisation de la fission à des dizaines de milliers d’années.
I. - Aspects technologique et historique du projet
II. - Avantages et Inconvenients