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Oct

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Fukushima versus Superphénix - Surgénération?

Phénix

Ce billet est à ce stade une ébauche...

Tout argumentaire contradictoire sera le bienvenu.

 

Pour une combustible, il est relativement simple de calculer l'énergie totale maximale, ainsi que les résidus, que peut produire sa combustion chimique...
Mais qu'en est-il pour un combustible nucléaire, au sein d'un réacteur dont le coeur est en fusion thermique?
La fusion thermique du coeur d'un réacteur nucléaire REP ou REB, par suppression du refroidissement, telle que celles qui se produisent actuellement à Fukushima, a pour effet de dégrader la géométrie cylindrique de chaque barre de combustible, celui-ci s'agglomère, ce qui peut relancer les réactions de fission résiduelle interne à chaque barre (neutrons rapides [1]). Ainsi, par rapport à une situation d'arrêt normal, les réactions de fission ne sont plus seulement celles, résiduelles, présentées par l'ASN (http://www.asn.fr/index.php/Site-de-l-ASN-Special-Japon/Accident-de-la-centrale-de-Fukushima#chronologie). Ce processus alimente alors le phénomène thermique, et ainsi de suite...

Le réacteur peut-il alors devenir critique? Il paraîtrait que non... Continuons à les croire sur parole.

Mais la fusion thermique du coeur d'une réacteur nucléaire, n'aurait-elle pas une autre fâcheuse conséquence?

 

Source WIKIPÉDIA: http://fr.wikipedia.org/wiki/Surg%C3%A9n%C3%A9ration
La surgénération ou surrégénération est la capacité de certains réacteurs nucléaires à produire plus de matières fissiles qu'ils n'en consomment, en transmutant des isotopes fertiles en isotopes fissiles.

Principe de la surgénération
Dans un réacteur à eau pressurisée classique, environ les deux tiers de l'énergie de fission provient directement de la fission de l'uranium 235235U), tandis qu'un tiers provient de la fission du plutonium 239 (239Pu). Cet élément, qui n'est pas présent au départ dans le combustible nucléaire constitué d'oxyde d'uranium (UOX), est créé au sein du cœur du réacteur lorsqu'un noyau d’uranium 238 fertile capture un neutron. L’uranium 238 devient alors de l’uranium 239 (en), qui se transforme à son tour en plutonium 239 fissile par deux désintégrations béta moins.
La production de noyaux fissiles à partir de noyaux fertiles est le principe de la surgénération. Un réacteur nucléaire est un surgénérateur lorsqu'il est capable de produire autant ou plus de matériaux fissiles qu'il n'en consomme. Autrement dit, il faut que le rapport, pour un intervalle de temps donné, du nombre de nucléides fissiles produits au nombre de nucléides fissiles détruits, soit supérieur à 1.
Pour ce faire, des couvertures fertiles sont introduites dans le réacteur afin de subir le flux neutronique. La difficulté de cette étape réside dans le fait que la production de neutrons par fission doit être suffisante à la fois pour maintenir la réaction en chaîne et pour irradier les matériaux fertiles. Cette contrainte est surmontée en réduisant les captures stériles de neutrons, notamment celles par le modérateur et le caloporteur.
La solution technologique retenue dans le cas des réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium (type Superphénix) consiste à supprimer le modérateur et donc utiliser un spectre rapide.

Supprimer le modérateur (eau) interposée entre les éléments de combustible fondus, c'est précisément ce que réalise la fusion thermique du coeur !

 

Serte, les barres de contrôle, fondus elles aussi à ce stade continuent à jouer un role de modérateur, mais qu'elle est la distribution du mélange dans le Corium et combien de temps conservent-elles leur effet?

Fort est à craindre que les neutrons ne soient plus majoritairement lents comme dans le REP ou REB en fonctionnement normal, mais sont alors des neutrons rapides [1]. Le problème, c'est qu'un réacteur de REP ou REB contient 10 fois plus de combustible qu'un surgénérateur viable et refroidit au Sodium, alors le faible taux de capture des neutrons rapides cencé assurer la sécurité du REP ou REB... la encore faisons-leur confiance?

 

A Tchernobyl, ce phénomène a pu être contrôlé par l'apport de plomb et de bore (modérateurs) en quantité suffisante dans le coeur du réacteur.

 

Conclusion:
Le mode de fonctionnement des réacteurs nucléaires de type REP ou REB ne convergent-t-il pas, sous l'effet de la fusion thermique de leur combustible (cas de trois réacteurs de FUKUSHIMA 1), vers celui d'un surgénérateur?

Serte pas "idéal", à tous points de vue, mais avec un effet dans quelle proportion? Et avec quelles conséquences?

Prêt pour l' "excursion nucléaire" ?

 

[1] (http://www.laradioactivite.com/fr/site/pages/neutronslentsetrapides.htm)
Neutrons rapides
...
Les neutrons rapides sont ainsi capables de fissionner, donc de détruire, non seulement les noyaux réputés fissiles zvec des neutrons lents mais les actinides mineurs, des noyaux plus lourds que l’uranium qui s’accumulent dans le combustible des réacteurs et constituent des déchets radioactifs gênants. Pour détruire ces actinides, il faut des neutrons rapides.
Il est possible avec des neutrons rapides de produire plus de de noyaux fissiles qu’il n’en est consommé en transformant de l'uranium-238 en plutonium-239. C'est la surgénération : le combustible devient quasiment inépuisable.
L'inconvénient est que les neutrons rapides sont difficilement capturés par les noyaux : leur faible probabilité d’interaction, appelée « section efficace », est beaucoup plus faible que celle des neutrons lents. Les noyaux cibles leur paraîssent petits. Un combustible riche en éléments fissiles et des flux intenses de neutrons sont nécessaires pour compenser cette faible probabilité d’interagir.

[2] http://www.laradioactivite.com/fr/site/pages/reacteursaneutronsrapidesousurgenerateurs.htm

Les réacteurs à neutrons rapides utilisent principalement du plutonium comme combustible. Ils ne nécessitent pas de modérateur. Leur cœur est 10 fois plus petit que celui d'un réacteur conventionnel à l'uranium. Le refroidissement se fait au sodium ou au plomb fondu.

 

[3] http://www.monde-solidaire.org/spip/spip.php?article4058

Nucléaire : Le réacteur de 4ème génération c’est le retour des surgénérateurs de type SuperPhénix...

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