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RÉSUMÉ
En s’appuyant sur le retour d’expérience des MAGNOX (réacteurs à caloporteur CO2 avec combustible uranium naturel métallique et modérateur graphite) et en passant du combustible métallique à uranium naturel au combustible crayon oxyde légèrement enrichi gainage acier, les ingénieurs britanniques ont conçu une filière de réacteurs nucléaires de puissance unitaire de 650 MWe à haut rendement thermique : les AGR (Advanced Gas cooled Reactors) dont l’exploitation est prévue jusqu’en 2028. Cet article vise à donner une vision générale d’un concept de réacteur à caloporteur gaz et présente les principales caractéristiques de cette filière unique : architecture générale, cuve ou caisson en béton, cœur, neutronique, gestion du combustible, circuits de refroidissement. Une comparaison avec les réacteurs MAGNOX et une brève analyse des atouts et points particuliers de cette filière sont également apportés.
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Richard LENAIN : Ingénieur retraité CEA - CEA Saclay, Gif-sur-Yvette, France
INTRODUCTION
Les réacteurs à caloporteur gaz, modérés au graphite et à uranium naturel métallique, ont permis à la Grande-Bretagne et à la France de réaliser les premières centrales nucléaires pour la production d’électricité (filières MAGNOX et UNGG). Lorsque la possibilité de disposer d’uranium enrichi a été claire, la France s’est tournée vers les réacteurs à eau sous pression alors que la Grande-Bretagne a poursuivi dans la solution à caloporteur gaz. Pour cela, elle s’est appuyée sur le retour d’expérience des réacteurs MAGNOX (réacteurs à caloporteur CO2, avec combustible uranium naturel métallique, modérateur graphite) en mettant au point une filière spécifique : celle des AGR (Advanced Gas cooled Reactor). L’orientation nouvelle a consisté en l’utilisation de combustible légèrement enrichi et au passage du combustible métallique au combustible oxyde crayon gainé acier, ce choix a permis de mettre en œuvre un cycle thermique à haute température dont le rendement atteint 42 % et de porter le taux d’irradiation de rejet vers 44 GWj/t. En optant pour un réacteur spécifique associé au cycle du combustible oxyde, les développements futurs vers les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur gaz ou sodium à l’étude restaient ainsi ouverts. Cette solution combustible permet également l’entreposage en piscine du combustible irradié sur des temps longs contrairement aux combustible MAGNOX.
Après un bref rappel historique de la mise en place des AGR, cet article présente les caractéristiques principales de cette filière : architecture générale, cuve/caisson en béton, cœur, structure en graphite, neutronique, gestion du combustible, circuits de refroidissement, plan d’ensemble. Une comparaison avec les réacteurs MAGNOX et une brève analyse des atouts et points particuliers des AGR sont également apportées. En 2023, cette filière qui constitue la principale composante du parc nucléaire en Grande-Bretagne (14 réacteurs sur 15) est exploitée par une filiale d’EDF.
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6. Circuits primaire et secondaire
Le circuit du gaz de refroidissement du cœur est complexe. Sa conception a nécessité des itérations pour n’être finalisée qu’après les mises en service des premiers réacteurs construits. Le refroidissement du graphite lui-même n’est plus seulement assuré par les canaux combustible ; les points chauds des structures et composants internes doivent être spécifiquement refroidis. Le circuit de circulation du CO2 doit donc à la fois assurer le refroidissement des éléments combustible et conduire la chaleur vers les échangeurs mais aussi assurer le refroidissement du graphite, du caisson et des structures et composants placés à l’intérieur. Cela a été obtenu avec des structures déflecteur permettant de guider la circulation du gaz dans le caisson.
Le gaz froid est poussé par les soufflantes à la sortie des échangeurs puis est guidé pour moitié d’une part vers une cavité située sous le cœur pour alimenter les assemblages combustible et d’autre part, pour l’autre moitié, le long des protections radiologiques et thermiques protégeant les échangeurs primaires, puis conduit vers le haut du caisson pour refroidir la partir haute avant de redescendre dans les blocs de graphite pour rejoindre le refroidissement des assemblages combustible. Le gaz chaud des assemblages file directement en sortie des canaux vers les échangeurs situés à l’intérieur du caisson (figure 15).
Ce dispositif permet de maintenir les blocs de graphite à une température inférieure à 450 °C dans le but de limiter l’oxydation du graphite et le gradient de température dans les blocs de graphite. Cela permet également de garder les structures métalliques à des températures inférieures à 325 °C autorisant l’emploi d'aciers doux.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - NONBØL (E.) - Description of the Advanced Gas Cooled Type of Reactor (AGR). - Erik Nombol Rise National Laboratory Roskilde, Denmark (1996).
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(2) - BARRÉ (B.) et al - Nuclear Reactor Systems chapter 2 : CO2 Gas Cooled Reactors. - Nuclear engineering series ; EDP Science (2016).
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(3) - GLENDENNING (I.) et al - The development of safe on-load refuelling practices in advanced gas cooled reactors. - IAEA CN 48/278 (1988).
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-
(5) - KEMMISH (W.B.) - Gas cooled fast reactors. - Nucl. Energy ; ISSN 0140-4067 v.21(1) ; p. 77-88 (1982).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Réacteurs à neutrons rapides refroides au sodium.
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