Réacteur à onde progressive

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Simulation numérique d'un réacteur à onde progressive. Rouge : U-238, vert : Pu-239, bleu : zone de forte densité de neutrons

Un réacteur à onde progressive est un concept jamais réalisé de réacteur nucléaire qui convertit un isotope fertile en isotope fissile par transmutation nucléaire lors de son fonctionnement.

S'il était mis au point, il diffèrerait des réacteurs REP ou REB actuels en ce qu'il n'utiliserait que très peu ou pas du tout d'uranium enrichi. Il utiliserait comme combustible de l'uranium naturel, de l'uranium appauvri ou du thorium. Son nom fait référence au fait que les réactions de fission ne seraient pas réparties dans tout le volume du cœur d'une centrale nucléaire mais seulement dans une coque qui se propage du cœur vers l'extérieur.

Historique[modifier | modifier le code]

Les réacteurs à onde progressive ont été imaginés dans les années cinquante et ont été étudiés sporadiquement depuis lors. Le concept d'un réacteur qui pourrait produire son propre combustible dans son cœur fut initialement proposée et étudiée en 1958 par Saveli Feinberg, qui le nomma « breed-and-burn »[1]. Michael Driscoll publia une recherche supplémentaire sur le concept en 1979[2], puis Lev Feoktistov in 1988[3], Edward Teller/Lowell Wood in 1995[4], Hugo van Dam in 2000[5], et Hiroshi Sekimoto in 2001[6].

Aucun réacteur à onde progressive n'a été construit, mais en 2006 la société Intellectual Ventures lança le projet « TerraPower » pour mettre au point et commercialiser une première version de ce type de réacteur. TerraPower est une gamme de réacteurs de faible et moyenne puissance de 300 à 1 000 MW[7]. Bill Gates a fait référence à TerraPower pendant sa conférence TED[8] en 2010.

Physique du réacteur[modifier | modifier le code]

Les publications sur TerraPower[9],[10],[11] décrivent un réacteur de type piscine refroidi au sodium liquide. Le réacteur utilise principalement l'uranium appauvri comme combustible, mais nécessite une petite quantité d'uranium enrichi ou d'une autre matière fissile pour démarrer la réaction de fission. Une partie des neutrons rapides engendrés par les réactions de fission sont absorbés par l'uranium environnant qui est transmuté en plutonium suivant la réaction :

^{238}_{92}U + ^{1}_{0}n \rightarrow ^{239}_{92}U \rightarrow ^{239}_{93}Np + \beta \rightarrow ^{239}_{94}Pu + \beta.

Un cœur de réacteur est donc chargé en matériau fertile et une réaction en chaîne est déclenchée par l'addition localisée d'une petite quantité de matériau fissile. Une fois la réaction démarrée, on distingue quatre parties dans le cœur : une zone appauvrie qui contient des produits de fission et des restes de combustible, la zone où se produit la fission du matériau fertile généré, la zone de surgénération ou le combustible fissile est produit par absorption de neutrons par le combustible fertile et la zone source qui contient le matériau fertile intact. Avec le temps la zone de fission progresse en consommant la matière fertile placée devant elle et laissant des restes de combustion derrière elle. La chaleur produite est transformée en électricité par un dispositif à turbine classique.

Combustible[modifier | modifier le code]

Contrairement aux réacteurs à eau pressurisée, les réacteur à onde progressive peuvent être, au moment de leur construction, chargé de suffisamment d'uranium appauvri pour produire de l'énergie pendant toute leur durée de vie[11]. Ils consomment substantiellement moins d'uranium que les réacteurs à eau pressurisée par unité d'électricité générée grâce à sa combustion de carburant plus élevée, sa meilleure efficacité thermique et la densité plus grande de son combustible. Un réacteur à onde progressive réalise le retraitement « en passant » sans nécessiter l'usage de réactions chimiques complexes comme dans les surgénérateurs classiques. Cela limite les quantités de matières fissiles en circulation et freine du même coup la prolifération nucléaire[10].

L'uranium appauvri est un sous-produit de l'industrie de séparation isotopique disponible en quantités importantes. En France, le stock s'élevait à 250 000 tonnes en 2009[12]. Comme les autres technologies surgénératrices, les réacteurs à onde progressive permettraient d'augmenter considérablement les ressources en combustible nucléaire.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. (en) S.M. Feinberg, “Discussion Comment”, Rec. of Proc. Session B-10, ICPUAE, United Nations, Geneva, Switzerland (1958).
  2. (en) M.J. Driscoll, B. Atefi, D. D. Lanning, “An Evaluation of the Breed/Burn Fast Reactor Concept”, MITNE-229 (Dec. 1979).
  3. (ru) L.P. Feoktistov, “An analysis of a concept of a physically safe reactor”, Preprint IAE-4605/4, in Russian, (1988).
  4. (en) E. Teller, M. Ishikawa, and L. Wood, “Completely Automated Nuclear Reactors for Long-Term Operation” (Part I), Proc. Of the Frontiers in Physics Symposium, American Physical Society and the American Association of Physics Teachers Texas Meeting, Lubbock, Texas, United States (1995); Edward Teller, Muriel Ishikawa, Lowell Wood, Roderick Hyde, John Nuckolls,"Completely Automated Nuclear Reactors for Long-Term Operation II : Toward A Concept-Level Point-Design Of A High-Temperature, Gas-Cooled Central Power Station System" (Part II), Proc. Int. Conf. Emerging Nuclear Energy Systems, ICENES'96, Obninsk, Russia (1996) UCRL-JC-122708-RT2.
  5. (en) H. van Dam, “The Self-stabilizing Criticality Wave Reactor”, Proc. Of the Tenth International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems (ICENES 2000), p. 188, NRG, Petten, Netherlands (2000).
  6. (en) H. Sekimoto, K. Ryu, and Y. Yoshimura, “CANDLE: The New Burnup Strategy”, Nuclear Science and Engineering, 139, 1–12 (2001).
  7. (en) K. Weaver, C. Ahlfeld, J. Gilleland, C. Whitmer and G. Zimmerman, “Extending the Nuclear Fuel Cycle with Traveling-Wave Reactors”, Paper 9294, Proceedings of Global 2009, Paris, France, September 6–11, (2009).
  8. (en) Bill GatesInnovating to zero!TED.
  9. (en) R. Michal and E. M. Blake, “John Gilleland: On the traveling-wave reactor”, Nuclear News, p. 30–32, September (2009).
  10. a et b M. Wald, « 10 Emerging Technologies of 2009: Traveling-Wave Reactor », MIT Technology Review,‎ mars-avril 2009
  11. a et b « Gilleland, John » (ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?). Consulté le 2013-03-24 (2009-04-20). « [« http://www.nuc.berkeley.edu/node/1077 » (ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?). Consulté le 2013-03-24 TerraPower, LLC Nuclear Initiative] » University of California at Berkeley, Spring Colloquium , University of California at Berkeley, Spring Colloquium. Consulté le October 2009. 
  12. ANDRA, “Inventaire national des matières et déchets radioactifs 2009”