Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Un réacteur hybride, appelé également réacteur sous-critique piloté par accélérateur, est constitué d’un accélérateur de protons, d’une cible d’éléments lourds et d’un assemblage sous-critique de noyaux fissiles. L’interaction des protons avec la cible libère un grand nombre de neutrons. Ce concept a fait l’objet de nombreuses études, sans n’avoir jamais fait l’objet d’un déploiement. A ce jour, ces réacteurs hybrides sont considérés encore trop complexes et pas assez fiables.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Annick BILLEBAUD : Chargée de recherche au CNRS
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Hervé NIFENECKER : Consultant scientifique à l’IN2P3 (CNRS)
INTRODUCTION
Un réacteur hybride ou réacteur sous-critique piloté par accélérateur, Nifeneker et al., (appelé encore ADS [Accelerator Driven System] ou ADSR [Accelerator Driven Subcritical Reactor]) comporte trois composants principaux : un accélérateur, en général de protons, une cible, généralement formée d’éléments lourds, et un assemblage sous-critique de noyaux fissiles. L’interaction des protons avec la cible produit un grand nombre de neutrons qui constituent une source pour l’assemblage sous-critique. Les canadiens (Lewis 1952) les premiers eurent l’idée d’utiliser un tel dispositif pour produire de l’énergie : ne disposant pas d’usine de séparation isotopique, ils voulaient produire de l’uranium 233 à partir du thorium. Au cours de la croissance de la quantité d’uranium 233 dans l’assemblage de thorium, le nombre de fissions augmenterait et l’énergie ainsi produite pourrait être utilisée pour le fonctionnement de l’accélérateur. Devant le succès de la filière de réacteurs critiques refroidis à l’eau, cette piste fut abandonnée dans le courant des années 1950 jusqu’au début des années 1990. Ce sont les équipes regroupées autour de K. Furukawa, C. Bowman et C. Rubbia qui remirent le concept d’accélérateur hybride à la mode avec des motivations variées. K. Furukawa fut le premier à envisager l’association d’un accélérateur de haute intensité avec un réacteur sous-critique à sel fondu, avec la motivation de mettre rapidement en œuvre un système de surrégénération de l’uranium 233 à la place des réacteurs surrégénérateurs classiques utilisant le cycle uranium-plutonium. C. Bowman ajouta la contrainte d’incinération aussi complète que possible des déchets transuraniens et des produits de fission à vie longue. Enfin, C. Rubbia poursuivit le même but que C. Bowman, mais à partir d’un réacteur sous-critique à neutrons rapides refroidi au plomb.
Au cours des années récentes, différents concepts d’accélérateur hybrides ont été étudiés dans le monde au sein de collaborations internationales. Il ressort de ces études un consensus selon lequel les avantages de sûreté liés à la sous-criticité ne seront sans doute pas suffisants pour justifier le déploiement d’un système complet de production d’énergie à base de réacteurs hybrides. Ceux-ci pourraient, par contre, occuper une niche intéressante pour la transmutation des actinides mineurs (AM) et la mise au point de nouvelles filières de réacteurs.
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Applications possibles2. Contrôle des réacteurs hybrides
2.1 Principes classiques de contrôle des réacteurs critiques
Dans un réacteur critique, c’est essentiellement par le mouvement des barres de contrôle, qui sont des absorbants de neutrons, que la valeur du coefficient de multiplication Keff est modifiée. Quand on parle de l’évolution d’un réacteur, on utilise couramment la réactivité :
La constante de temps associée au mouvement des barres de contrôle se mesure typiquement en secondes. L’intervalle de temps τnf entre deux générations de neutrons est beaucoup plus petit, de l’ordre de 10–7 s pour un réacteur rapide et 10–4 s pour un réacteur thermique. Ceci signifie que de petites augmentations de réactivité entraînent très rapidement l’évolution du réacteur. On peut établir que la puissance du réacteur augmente exponentiellement avec le temps t :
Dans un réacteur thermique, pour une réactivité ρ = 0,01 la puissance est multipliée par 2 après 70 générations, c’est-à-dire moins de 10 millisecondes ! Et en moins de 10 microsecondes pour un réacteur rapide. De telles constantes de temps dans un réacteur peuvent laisser penser qu’il est impossible de le contrôler à l’aide de barres de contrôle. En réalité, la présence d’une petite fraction de neutrons « retardés » rend ce contrôle possible.
HAUT DE PAGE
Les neutrons retardés sont associés à la décroissance bêta des fragments de fission. En effet, après l’émission prompte de neutrons de fission les fragments résiduels sont encore riches en neutrons. Ils décroissent alors par radioactivité bêta, induisant une chaîne d’autant plus rapide et énergétique...
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Contrôle des réacteurs hybrides
BIBLIOGRAPHIE
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