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Auteur(s)
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Jean-Louis NIGON : Ingénieur de l’École Polytechnique - COGEMA – Directeur Adjoint Recherche et Développement - Professeur associé au Conservatoire National des Arts et Métiers
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Gérard LE BASTARD : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique de Poitiers - COGEMA – Directeur de la Business Unit Recyclage - MELOX – Président Directeur Général
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le premier réacteur ayant produit de l’électricité (en 1951) est EBR-1, réacteur à neutrons rapides américain (Idaho).
La caractéristique la plus attrayante des réacteurs à neutrons rapides, du point de vue prospectif des ressources en énergie, est leur capacité à régénérer, voire surgénérer, la matière fissile, et ainsi, à utiliser tout l’uranium extrait de la mine (via la conversion de l’uranium 238 en plutonium).
Le spectre d’énergie des neutrons dans le cœur de tels réacteurs doit être « rapide », ce qui interdit l’usage de corps légers contenant de l’hydrogène ou du carbone. Les réacteurs actuels sont refroidis par des métaux liquides, généralement du sodium. Il en résulte pour le combustible des contraintes fonctionnelles et technologiques qui rejaillissent sur sa conception et sa fabrication.
On est loin de la maturité industrielle des réacteurs à neutrons rapides (RNR), leurs caractéristiques et leurs combustibles sont appelés à évoluer ; la prise en compte d’objectifs liés à la réduction de l’inventaire des actinides peut en outre conduire à la définition de produits très nouveaux.
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3. Procédés de fabrication et équipements
La figure 3 donne une présentation synthétique des différentes étapes de fabrication du combustible au plutonium.
3.1 Pastillages
Le procédé de référence utilisé pour le combustible des réacteurs Phénix et Superphénix est baptisé COCA (acronyme de « cobroyage Cadarache »).
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Dosage
Les poudres caractérisées d’UO2, de PuO2 et la chamotte, oxyde mixte provenant du broyage des rebuts recyclés, sont dosées pour atteindre la teneur spécifiée en plutonium, et vérifier le respect des autres contraintes : stœchiométrie, teneur en américium (241Am provient de la décroissance radioactive du 241Pu), teneur en impuretés.
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Mélange-broyage
Un lot de mélange de poudres après dosage est mélangé et broyé finement dans une jarre contenant des boulets d’uranium (on a renoncé à l’acier pour éviter les pollutions par le fer).
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Compactage et granulation
Les poudres finement broyées ne sont pas coulables. Pour assurer un remplissage convenable des matrices de presse, il faut préalablement les granuler et ajouter un lubrifiant.
L’étape du compactage et du fractionnement, puis de la sphéroïdisation, qui consiste à rendre les grains plus ou moins « ronds », peut être remplacée par une étape de tamisage forcé (on peut donner l’image du presse-purée !).
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Pressage
Les poudres sont comprimées dans une presse « à double effet » (c’est-à-dire dont les deux poinçons sont mobiles par rapport à la matrice) ; on les forme ainsi, à crû, en cylindres d’élancement de l’ordre de 1,5 (h/d » 1,5). Les pastilles ainsi constituées ont, avant cuisson, une masse volumique de l’ordre de 6 à 7 g/cm3.
Les pastilles de combustible pour RNR sont plus petites que celles des REP ou des REB, les gradients de densité y sont plus faibles, les déformations seront plus réduites que dans le cas des réacteurs à eau. Par ailleurs, l’absence de pression externe à la gaine évite le phénomène d’interaction pastille-gaine que l’on...
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