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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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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 :
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une faible section efficace de capture neutronique ;
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une capacité d’extraire une puissance volumique élevée ;
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un bon comportement aux radiations, et une corrosion réduite sur les circuits ;
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une nocivité réduite voire si possible nulle ;
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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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- Version archivée 1 de janv. 2004 par Gilles RODRIGUEZ
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6. Conclusion
La faisabilité de la filière des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium a été complètement démontrée en France par le fonctionnement des réacteurs Phénix et Superphénix puis par la démonstration de la faisabilité de leur démantèlement. À cette faisabilité, s’ajoute une démonstration de la maîtrise de l’exploitation du sodium liquide comme fluide caloporteur. Les études liées à cette filière ont connu une mise en veille en Allemagne, au Royaume-Uni et aux États-Unis. En France le réacteur Phénix a été définitivement arrêté en 2009 après 36 ans de fonctionnement. Depuis 2010 des études sur un réacteur prototype de quatrième génération à caloporteur sodium (projet ASTRID) sont menées au CEA en collaboration avec des partenaires industriels et des organismes internationaux notamment au Japon. Hors Union européenne, les études et l’exploitation de ce type de réacteur se poursuivent en Asie par les réacteurs CEFR en Chine, PFBR en Inde et le projet KALIMER en Corée du Sud. Les réacteurs BN 600 et BN 800 sont exploités en Russie et le projet BN 1 200 se poursuit. Le forum Génération IV mené dans un cadre international à l’initiative des États-Unis a clairement identifié les réacteurs à neutrons rapide au sodium parmi les six filières présentant un potentiel pour la quatrième génération de réacteurs nucléaires. Ce forum permet à l’ensemble des pays qui y participent d’échanger sur les dernières avancées technologiques et de mutualiser les compétences nécessaires pour l’emploi et l’exploitation de ces caloporteurs spécifiques (le sodium mais aussi l’hélium, le plomb, le plomb-bismuth et les sels fondus).
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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).
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(6) - BORGSTEDT...
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