Réacteur nucléaire de recherche

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Un réacteur nucléaire de recherche sert principalement de source de neutrons pour la recherche et développement de la filière électronucléaire par l'étude du comportement des matériaux et des combustibles nucléaires face à des sollicitations neutroniques, thermohydrauliques ou chimiques représentatives du fonctionnement en vraie grandeur d'un réacteur industriel. Il peut servir aussi à la formation des personnels de l'industrie électronucléaire, à la médecine nucléaire pour la production de radioisotopes médicaux, ou à l'industrie nucléaire militaire.

Contrairement aux réacteurs de puissance utilisés pour la production d'électricité ou la propulsion nucléaire, le but d'un réacteur de recherche n'est pas de fournir de l'énergie, bien que son principe physique soit fondamentalement le même.

C’est à Enrico Fermi que l'on doit le premier réacteur nucléaire au monde : la Chicago Pile-1 destinée à la recherche en 1942.

Aujourd'hui, plus de 200 réacteurs nucléaires de recherche sont en fonctionnement dans plus de 60 pays, mais seuls une quarantaine ont une puissance significative (supérieure à 5 mégawatts).

Les réacteurs de recherche peuvent être divisés en cinq familles distinctes^[1] :

les réacteurs à faisceaux de neutrons ;
les réacteurs d'irradiation et d'expérimentation en cœur ;
les maquettes critiques ;
les réacteurs d'études et essais de sûreté ;
les réacteurs d'enseignement.

Réacteur de recherche de type TRIGA de General Atomics.

Types de réacteurs par application

Réacteurs à faisceaux de neutrons

Les réacteurs dits « à faisceaux de neutrons » sont destinés principalement à la recherche fondamentale sur les matériaux. Les neutrons (essentiellement des neutrons thermiques) sont sortis du cœur du réacteur et sont utilisés à l'extérieur pour faire des analyses par diffraction de neutrons ou bien par diffusion.

Quelques exemples de réacteurs de recherche de ce type :

RHF à l'Institut Laue-Langevin (ILL) (France) ;
Orphée (France), arrêté en 2019 ;
HFIR (États-Unis) ;
MURR (États-Unis) ;
BER II (Allemagne), arrêté en 2019 ;
JRR-3M (Japon).

Réacteurs d'irradiation

Les réacteurs d'irradiation sont des réacteurs destinés à l'étude et au test de matériaux qui entreront dans la composition de composants de réacteurs ou de combustibles nucléaires. L'acronyme anglais utilisé pour désigner ce type de réacteurs est MTR (Material Test Reactor)

Quelques exemples de réacteurs d'irradiation :

OSIRIS (France), arrêté définitivement fin 2015 ;
HBWR (Halden, Norvège), arrêté définitivement en 2018 ;
HANARO (Corée du Sud), démarré en 1995 ;
JMTR (Japon) ;
RJH (France), mise en service prévue entre 2032 et 2034

Maquettes critiques

Les maquettes critiques sont des réacteurs de très faible puissance thermique et de faibles flux neutroniques, destinés à la qualification expérimentale de données théoriques ou de calculs en neutronique et en physique des cœurs^[2].

Quelques réacteurs maquette :

Masurca (France) ;
Éole (France) ;
Minerve (France) ;
Isis (France) ;
BR-1 (Belgique).

Réacteurs d'études des accidents graves

Ils sont destinés à l'étude d'accidents par la mise en œuvre de situations accidentelles volontaires (augmentations contrôlées de pression, de température, perte de réfrigérant, etc.)

Exemples de réacteurs de ce type :

Phébus (France), arrêté depuis 2009 ;
Cabri (France).

Réacteurs d'enseignement

Les réacteurs qualifiés de réacteurs d'enseignement sont de petits réacteurs représentant de réels réacteurs de puissance mais à échelle réduite. Ils sont utilisés dans le cadre de la formation continue ou de l’enseignement universitaire.

Exemples de réacteurs d'enseignement :

Ulysse (France) ;
Minerve (France) ;
Isis (France) ;
Azur (France).

Types de réacteurs par fonctionnement

les réacteurs à eau lourde

Les réacteurs à eau lourde permettent d’obtenir des flux de neutrons thermiques importants sortis du réacteur sous forme de faisceaux. Ils sont utilisés principalement en recherche fondamentale et pour la production de plutonium militaire.

les réacteurs à eau légère

Les réacteurs à eau légère plus adaptés aux tests de matériaux. On peut distinguer deux sous-catégories :

les réacteurs "piscine", refroidis et modérés à l’eau, généralement polyvalents et très simples d’accès et d’utilisation,
les réacteurs à eau sous pression, pouvant fonctionner à des puissances supérieures à celles des réacteurs "piscine", dont l’utilisation expérimentale est plus délicate du fait de la présence du caisson contenant le cœur du réacteur.

Réacteurs de recherche dans le monde

Pays	localisation	réacteur	année de mise en service	puissance (MW)	Type de réacteur	Type de combustible et enrichissement	Flux neutrons thermiques (n/s/cm²)	Flux neutrons rapides (n/s/cm²)	recherche	irradiations	isotopes
Afrique du Sud	Pelindaba	Safari	1965	20	Caisson eau légère	plaques 93 %	1,2 × 10¹⁴	2,8 × 10¹⁴	X	X	X
Algérie	Aïn Oussara	Essalam	1993	15	Caisson eau lourde
Algérie	Draria	Nour	1998	1	Caisson eau légère
Allemagne	Geesthacht	FRG-1	1958	5	Piscine eau légère	Plaques 20 %	6 × 10¹³	4 × 10¹³	X	X
Allemagne	Jülich	FRJ-2	1962	23	Caisson eau lourde	Tubes 93 %	2 × 10¹⁴	5 × 10¹³	X	X	X
Allemagne	Berlin	BER-II	1973	10	Piscine eau légère	Plaques 93 %	2 × 10¹⁴	1,4 × 10¹³	X
Argentine	Ezeiza	RA-3	1968	3	Piscine eau légère	Plaques 90 %	4 × 10¹³			X	X
Australie	Lucas Height	HIFAR (en)	1958	10	Caisson eau légère	Tubes 60 %	1,4 × 10¹⁴	4 × 10¹³	X		X
Autriche	Seibersdorf	Astra	1960	10	Piscine eau légère	Plaques 20 %	1,7 × 10¹⁴	1,3 × 10¹⁴	X		X
Belgique	Mol	BR-2	1961	100	Caisson eau légère	Tubes 93 %	9 × 10¹⁴	7 × 10¹⁴	X	X	X
Brésil	Sao Paulo	IEA-R1	1957	2	Piscine eau légère	Plaques 20 %	3 × 10¹³	3 × 10¹³	X		X
Canada	Chalk River	MAPLE 1 et 2	1999	10	Piscine eau légère	Crayons 20 %	10¹⁵	5 × 10¹³			X
Corée du Sud	Daejon	HANARO	1995	30	Piscine eau légère et caisson eau lourde	Crayons 20 %	2 × 10¹⁴	10¹⁴	X	X	X
République démocratique du Congo	Kinshasa	Trico II	1959	1	Piscine eau légère	?	?	?	?	?	?
États-Unis	MIT Cambridge	MITR	1958	5	Caisson eau lourde	Plaques 93 %	2 × 10¹⁴	10¹⁴	X
États-Unis	Gaithersburg	NBSR	1967	20	Caisson eau lourde	Plaques 93 %	4 × 10¹⁴	0,3 × 10¹⁴	X		X
États-Unis	Idaho	ATR	1967	250	Caisson eau légère	Plaques 93 %	8,5 × 10¹⁴	1,8 × 10¹⁴		X	X
États-Unis	Missouri University	MURR	1966	10	Caisson eau légère	Plaques 93 %	2 × 10¹⁴	10¹⁴	X		X
États-Unis	Oak Ridge	HFIR	1972	85	Caisson eau légère	Plaques 93 %	4 × 10¹⁴	10¹⁴	X	X	X
Égypte	Inshas	ETTR-1	1958	2	Piscine eau légère	?	?	?	?	?	?
Égypte	Inshas	ETTR-2	1998	22	Piscine eau légère	?	?	?	?	?	?
France	Saclay	Osiris	1966	70 MW	Piscine eau légère	Plaques 20 %	4 × 10¹⁴	4 × 10¹⁴	X	X	X
France	Grenoble	RHF	1971	57 MW	caisson eau lourde	Plaques 93 %	1,5 × 10¹⁵		X
France	Saclay	Orphée	1980	14 MW	Piscine eau légère et caisson eau lourde	Plaques 93 %	3 × 10¹⁴		X
France	Cadarache	Cabri	1963	25 MW	Piscine eau légère	crayons 2,8 %	-	-
France	Cadarache	Eole	1965	500 W	Piscine eau légère	crayons 2,8 %	-	-
France	Cadarache	Masurca	1966	5 kW	neutrons rapides	crayons 2,8 %	-	-
France	Cadarache	Minerve	1977	100 W	Piscine eau légère	crayons 2,8 %	-	-
Grèce	Athènes	Democritus	1961	5	Piscine eau légère	Plaques 93 %	0,6 × 10¹⁴	0,15 × 10¹⁴	X		X
Hongrie	Budapest	VVR	1959	10	Caisson eau légère	Tubes 36 %	1,6 × 10¹⁴	10¹⁴	X	X	X
Inde	Mumbai	Dhruva	1985	100	Caisson eau légère	Crayons uranium naturel	1,8 × 10¹⁴		X	X	X
Indonésie	Serpong	RSG-GAS	1987	30	Piscine eau légère	Plaques 20 %	3 × 10¹⁴	0,9 × 10¹⁴	X	X	X
Japon	Tokai-Mura	JRR-2	1960	10	Caisson eau lourde	Crayons 45 %	1,3 × 10¹⁴		X		X
Japon	Tokai Mura	JRR-3M	1990	20	Piscine eau légère et caisson eau lourde	Plaques 20 %	3 × 10¹⁴		X		X
Japon	Oaraï	JMTR	1968	50	Caisson eau légère	Plaques 45 %	4 × 10¹⁴	4 × 10¹⁴		X	X
Libye	Tadjourah	Tadjourah	1981	10	?	?	?	?	?	?	?
Maroc	Maâmora	TRIGA	2009	2	?	?	?	?	?	?	?
Norvège	Halden	HBWR	1959	25	Caisson eau lourde	Crayons 4 %	10¹⁴	10¹⁴		X	X
Pakistan	Rawalpindi	PARR-1	1965	9	Piscine	Plaques 20 %	10¹⁴	2,5 × 10¹⁴	X		X
Pays-Bas	Petten	HFR	1961	45	Caisson eau légère	Plaques 93 %	2,7 × 10¹⁴	4,5 × 10¹⁴	X	X	X
Pologne	Swierk	Maria	1974	30	Piscine	Tubes 36 %	3,5 × 10¹⁴	1,5 × 10¹⁴	X	X	X
Roumanie	Pitesti	Triga-II	1979	14	Piscine eau légère	Crayons 20 %	2,6 × 10¹⁴	2,6 × 10¹⁴	X	X	X
Russie	Moscou	IR-8	1957	8	Piscine eau légère	Tubes 10 %	2,5 × 10¹⁴	0,6 × 10¹⁴	X		X
Russie	St-Petersbourg	WWR-M	1959	18	Caisson eau légère	Tubes 90 %	4 × 10¹⁴	1,5 × 10¹⁴	X	X	X
Russie	Moscou	MR	1963	40	Piscine eau légère	Tubes 90 %	1,5 × 10¹⁴	3 × 10¹⁴	X		X
Russie	Dimitrovgrad	SM-2	1961	100	Caisson eau légère	Plaques 90 %	2 × 10¹⁴	5 × 10¹⁴	X	X	X
Russie	Dimitrovgrad	MIR-M1	1966	100	Piscine eau légère	Tubes 90 %	5 × 10¹⁴	2 × 10¹⁴		X	X
Turquie	Cekmeçe	TR-2	1981	5	Piscine eau légère	Plaques 20 %	0,5 × 10¹⁴	0,7 × 10¹⁴	X		X

Références

↑ « Les réacteurs expérimentaux et leur contrôle » [PDF], sur asn.fr, 2007 (consulté le 20 août 2024).
↑ « L’apport des maquettes critiques Minerve et Masurca à la physique des réacteurs », Clefs CEA, n^o 55,‎ 2007 (lire en ligne [PDF], consulté le 22 juillet 2024).

Voir aussi

Bibliographie

chap. 2 « Les différents types de réacteurs de recherche, situation globale dans le monde, utilisations et risques associés », dans Eléments de sûreté nucléaire - Les réacteurs de recherche, Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire, 2012 (lire en ligne [PDF]).

Articles connexes

[asn-ctrl-reacteurs-1] « Les réacteurs expérimentaux et leur contrôle » [PDF], sur asn.fr, 2007 (consulté le 20 août 2024).

[Bignan-2] « L’apport des maquettes critiques Minerve et Masurca à la physique des réacteurs », Clefs CEA, n^o 55,‎ 2007 (lire en ligne [PDF], consulté le 22 juillet 2024).

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