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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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7. Système de refroidissement principal
7.1 Description
Le gaz carbonique CO2 est le caloporteur utilisé pour transférer la chaleur du réacteur aux échangeurs primaire-secondaire, la pression de fonctionnement est de l’ordre de 40 bar, il est mis en mouvement par des soufflantes ; les systèmes échangeurs/bouilleurs sont situés à l’intérieur du caisson.
Le réacteur est équipé de 8 soufflantes actionnées par des moteurs à induction alimentés par un système à fréquence variable permettant un fonctionnement à bas régime lorsque le réacteur est à l’arrêt (tableau 4). Les soufflantes sont insérées horizontalement dans le caisson et constituent un élément du confinement assuré par caisson. Cette position permet d’agir sur les soufflantes sans arrêt du réacteur et d’éviter la pollution dans le caisson en cas de fuites d’huile.
Les systèmes échangeurs CO2/eau sont distribués autour du cœur dans quatre quadrants échangeurs situés entre l’enveloppe déflecteur et la structure béton du caisson (figure 16). Chaque quadrant échangeur comprend trois systèmes échangeurs, un échangeur de puissance résiduelle associé à deux soufflantes.
Un système échangeur (figure 17) comprend trois sous-systèmes échangeurs constitué chacun d’un économiseur, d’un échangeur/ bouilleur et d’un surchauffeur ; l’ensemble est enveloppé dans une enceinte formant une première section ; cette section est maintenue par une poutre ancrée dans le caisson et le baffle. Une deuxième section constituée d’un réchauffeur est située au-dessus de la première section et suspendue au toit du caisson (tableau 5).
Un faisceau de tubes situé sous l’économiseur dans l’enceinte de la première section constitue le système d’évacuation de la puissance résiduelle dans les situations d’arrêt.
Les échangeurs sont de type à un seul passage ce qui permet de limiter le nombre de pénétrations. Les échangeurs n’ont pas de séparateur de vapeur ni de circuit de recirculation, l’eau est poussée continûment dans l’échangeur, l’eau alimentaire est chauffée...
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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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(4) - BRITTAIN (N.) - * - . – EDF Energy Nuclear generation : The AGR Design, Fukushima and more (2012).
-
(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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