Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Yannick GUÉRIN : Directeur de Recherche au Commissariat à l'Énergie Atomique
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Jean HENCKES : Directeur Technique, Fabrication du Combustible, AREVA - (Révision d'un dossier écrit antérieurement par Georges MONEYRON)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans ce dossier, nous traiterons la conception et la fabrication des combustibles à base d'uranium en mettant l'accent sur les combustibles des réacteurs à eau sous pression qui constituent actuellement en France la principale source de production d'énergie électrique.
Après la présentation du rôle du combustible nucléaire en général, le dossier passe en revue les combustibles à base d'uranium des différentes filières de réacteurs nucléaires en service dans le monde. Le cas des combustibles pour les réacteurs à eau légère, et plus particulièrement pour les réacteurs de type REP (réacteurs à eau pressurisée) tels que ceux mis en œuvre en France, est ensuite décrit avec plus de détails : leur conception, les phénomènes limitant leur domaine d'exploitation, les principales étapes de leur fabrication.
Aujourd'hui l'industrie des combustibles nucléaires à base d'uranium a acquis une grande maturité. Des milliers de tonnes sont fabriqués tous les ans avec des performances en service qui ont été considérablement améliorées au fil du temps. Malgré cela, le combustible nucléaire continue de faire l'objet de nombreux programmes de recherches et développements portant autant sur l'amélioration des performances que sur les combustibles des décennies à venir.
Le lecteur pourra se reporter également aux dossiers de ce traité :
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Thermohydraulique des réacteurs à eau sous pression [BN 3 050] ;
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Thermomécanique du combustible des réacteurs à eau sous pression [B 3 060] ;
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Fabrication des combustibles au plutonium pour les RNR [BN 3 632] ;
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Fabrication des combustibles au plutonium pour les REP et REB [BN 3 635] ;
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Combustibles à particules pour réacteurs à haute température [BN 3 640].
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Combustibles des différentes filières1. Rôles du combustible
Le combustible nucléaire est la matière contenant les atomes ou nucléides dont la consommation par fission dans un réacteur libère de l'énergie. On appelle élément combustible ou, plus simplement, combustible le produit qui, contenant des matières fissiles, fournit l'énergie dans le cœur d'un réacteur en y entretenant la réaction en chaîne.
L'élément combustible est ainsi constitué par :
-
le matériau contenant les atomes fissiles ;
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son enveloppe, principalement la gaine ;
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les structures.
Le combustible constitue la partie active d'un réacteur ; c'est en son sein que se produisent les fissions de certains noyaux en particulier l'uranium 235 ou le plutonium 239 et donc le dégagement d'énergie (environ 200 MeV) associé à chacune de ces fissions.
La configuration du combustible doit d'une part favoriser la fission des nucléides sous l'action des neutrons, d'où recherche d'une certaine compacité, et d'autre part faciliter l'évacuation de l'énergie thermique dégagée, ce qui implique un fractionnement de la matière fissile. Les caractéristiques du réacteur et celles du combustible sont étroitement liées : la conception d'un combustible ne peut se concevoir indépendamment du type de réacteur auquel il est destiné, car l'optimisation du cœur doit prendre en compte à la fois les aspects thermomécaniques de l'élément combustible, la neutronique du cœur et la thermohydraulique du réacteur.
Le combustible est le consommable du réacteur : il est changé au bout de quelques années alors que le réacteur est construit pour plusieurs dizaines d'années d'exploitation. Pendant toute la durée de vie d'un réacteur, c'est donc sur le combustible que pourront porter des évolutions ou des innovations permettant d'améliorer les performances, mais ces évolutions devront rester compatibles avec les contraintes géométriques et les conditions de fonctionnement imposées par le type de réacteur.
Le combustible doit remplir différentes fonctions, présentées ci-après.
1.1 Confiner les produits de fission
Chaque fission donne naissance à deux (voire trois pour quelques fissions ternaires) produits de fission (PF) qui sont des éléments radioactifs, pour la plupart à vie courte, donc avec une forte activité. Le combustible est conçu et réalisé pour empêcher ces produits...
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Rôles du combustible
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BAILLY (H.), MENESSIER (D.), PRUNIER (C.) - Le combustible nucléaire des réacteurs à eau sous pression et des réacteurs à neutrons rapides – conception et comportement. - Eyrolles (1996).
-
(2) - Fission Gas Behaviour in Water Reactor Fuels. - OECD/NEA Seminar Proceedings, Cadarache, France, sept. 2000.
-
(3) - Pellet clad Interaction in Water Reactor Fuels. - OECD/NEA Seminar Proceedings, Aix-en- Provence, France, mars 2004.
-
(4) - Very High Burn-ups in Light Water Reactors. - OECD/NEA report no 6224 (2006).
-
(5) - MARDON (J.P.), HOFFMANN (P.B.), GARNER (G.L.) - High burn-up behavior and Licensing of Alloy M5™. - International Meeting on LWR Fuel Performance. Kyoto, oct. 2005.
-
(6) - DELAFOY (Ch.), RONDEPIERRE (J.F.) - Le combustible des Réacteurs à Eau sous Pression. - Site...
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