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Matériaux pour le nucléaire

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Le caloporteur sodium

Auteur(s) : Gilles RODRIGUEZ

Date de publication : 10 janv. 2019

Relu et validé le 21 juil. 2021

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Phénomènes de corrosion dans les métaux liquides

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RÉSUMÉ

Le concept de réacteur à neutrons rapides (neutrons non ralentis) exige certaines caractéristiques spécifiques pour son fluide caloporteur. Le sodium est l’un des meilleurs candidats, et cet article en explique les raisons. Le caloporteur sodium est d'ailleurs très largement plébiscité parmi les réacteurs à neutrons rapides expérimentaux de par le monde, exclusivement dans tous les réacteurs rapides prototypes en exploitation, et dans une large partie des réacteurs rapides en phase de projet de réalisation. Les propriétés physico-chimiques du sodium métallique et son utilisation en tant que caloporteur déterminent les options de conception ainsi que les performances des réacteurs à neutrons rapides.

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ABSTRACT

The Sodium Coolant

Sodium Fast Reactor concepts (no slow-down neutrons) require some specific heat coolant characteristics. Sodium reveals to be one of the adequate candidate, and this article explains in details these reasons. Besides, sodium coolant has been largely selected worldwide in most of experimental fast reactors, exclusively in prototype fast reactors still in operation and in most of the fast reactors future projects. Physico-chemical properties of sodium metal and its use as heat coolant determine significantly design options and fast neutrons performances.

Auteur(s)

Gilles RODRIGUEZ : Ingénieur en génie des procédés - Expert Sénior au département d’études des réacteurs du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives - Centre de Cadarache, Saint-Paul-lez-Durance, France

INTRODUCTION

Le concept d’un réacteur à neutrons rapides (RNR) nécessite l’emploi d’un fluide caloporteur non modérateur de neutrons ce qui explique de facto l’élimination de l’eau : l’hydrogène étant un excellent modérateur très largement utilisé pour ces propriétés dans les centrales à eau pressurisée. Les autres critères également nécessaires pour un fluide caloporteur de cette filière sont :

une faible section efficace de capture neutronique ;
une capacité d’extraire une puissance volumique élevée ;
un bon comportement aux radiations, et une corrosion réduite sur les circuits ;
une nocivité réduite voire si possible nulle ;
une grande disponibilité industrielle et un faible coût d’acquisition.

Pour remplir au mieux l’ensemble de ces critères, le sodium se révèle être l’un des meilleurs candidats. Cela explique sa très forte émergence dans la filière réacteurs à neutrons rapides lors de la construction dans le monde des réacteurs expérimentaux, et de son choix exclusif lors de la construction des réacteurs de démonstration ou des réacteurs prototypes.

D’un point de vue chimique, le sodium est un réducteur extrêmement puissant. Il est d’ailleurs utilisé comme catalyseur en raison de cette propriété particulière dans l’industrie chimique. Cet effet réducteur implique notamment une grande réactivité à l’air et une réaction très vive avec l’eau. Le développement des réacteurs à neutrons rapides (RNR) actuels est donc intimement lié à la technologie spécifique du sodium. Ainsi, les particularités et les concepts technologiques de cette filière sont souvent des conséquences directes des propriétés physico-chimiques du sodium et de son usage comme caloporteur.

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MOTS-CLÉS

sodium métallique | caloporteur | réacteur à neutrons rapides | réacteurs expérimentaux

KEYWORDS

metallic sodium | coolant | fast neutrons reactor | experimental reactors

VERSIONS

Il existe des versions antérieures de cet article :

Version archivée 1 de janv. 2004 par Gilles RODRIGUEZ

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - PASCAL (P.) - Nouveau traité de chimie minérale. Tome II – Lithium – Sodium. - Édition Masson et Cie (1963).
(2) - GUIDEZ (J.) - Phénix Le retour d’expérience. - Éditeur EDP Sciences, Décembre 2013.
(3) - GUIDEZ (J), PRELE (G) - Superphénix. Les acquis techniques et scientifiques. - Édition ATLANTIS Press, Juin 2016.
(4) - Monographie de la Direction de l’Énergie Nucléaire - Les réacteurs nucléaires à caloporteur sodium. - Éditions Le Moniteur, Octobre 2014.
(5) - MORITA (K.), FISHER (E.A.) - Thermodynamic properties and equations of State for fast reactors safety analysis, - Nuclear Engineering and Design no 183 (1998).
(6) - BORGSTEDT...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

Réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium.

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - STRUCTURE ATOMIQUE ET CARACTÉRISTIQUES DU SODIUM

1.1 - Structure atomique
1.2 - Caractéristiques générales
1.3 - Fabrication
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2 - IMPACTS DU SODIUM SUR LA TECHNOLOGIE DES RNR

2.1 - Avantages du sodium
2.2 - Contraintes liées à l’utilisation du sodium
2.3 - Impacts technologiques
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3 - PROPRIÉTÉS CHIMIQUES DU SODIUM ET SES CONSÉQUENCES

3.1 - Réaction du sodium à l’air. Feux de sodium
3.2 - Réaction du sodium avec l’eau
3.3 - Détection et localisation des fuites sodium
3.4 - Corrosion des structures par le sodium liquide
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4 - CONTRÔLE DE LA QUALITÉ DU SODIUM DANS UN RÉACTEUR NUCLÉAIRE

4.1 - Sources de pollution
4.2 - Techniques de mesure et contrôle de la qualité du sodium
4.3 - Purification du sodium
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5 - TRAITEMENT DU SODIUM

5.1 - Traitement du sodium des circuits primaire et intermédiaires
5.2 - Traitement du sodium résiduel retenu sur les composants d’un réacteur
5.3 - Traitement in situ
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6 - CONCLUSION

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