Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
-
Yannick GUÉRIN : Directeur de Recherche au Commissariat à l'Énergie Atomique
-
Jean HENCKES : Directeur Technique, Fabrication du Combustible, AREVA - (Révision d'un dossier écrit antérieurement par Georges MONEYRON)
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Dans ce dossier, nous traiterons la conception et la fabrication des combustibles à base d'uranium en mettant l'accent sur les combustibles des réacteurs à eau sous pression qui constituent actuellement en France la principale source de production d'énergie électrique.
Après la présentation du rôle du combustible nucléaire en général, le dossier passe en revue les combustibles à base d'uranium des différentes filières de réacteurs nucléaires en service dans le monde. Le cas des combustibles pour les réacteurs à eau légère, et plus particulièrement pour les réacteurs de type REP (réacteurs à eau pressurisée) tels que ceux mis en œuvre en France, est ensuite décrit avec plus de détails : leur conception, les phénomènes limitant leur domaine d'exploitation, les principales étapes de leur fabrication.
Aujourd'hui l'industrie des combustibles nucléaires à base d'uranium a acquis une grande maturité. Des milliers de tonnes sont fabriqués tous les ans avec des performances en service qui ont été considérablement améliorées au fil du temps. Malgré cela, le combustible nucléaire continue de faire l'objet de nombreux programmes de recherches et développements portant autant sur l'amélioration des performances que sur les combustibles des décennies à venir.
Le lecteur pourra se reporter également aux dossiers de ce traité :
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Thermohydraulique des réacteurs à eau sous pression [BN 3 050] ;
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Thermomécanique du combustible des réacteurs à eau sous pression [B 3 060] ;
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Fabrication des combustibles au plutonium pour les RNR [BN 3 632] ;
-
Fabrication des combustibles au plutonium pour les REP et REB [BN 3 635] ;
-
Combustibles à particules pour réacteurs à haute température [BN 3 640].
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Conception des combustibles REP
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2. Combustibles des différentes filières
Début 2008, le parc mondial des réacteurs nucléaires de puissance en service se composait comme indiqué par le tableau 1.
Dans la plupart des filières de réacteurs, les combustibles sont constitués d'éléments à géométrie cylindrique circulaire appelés crayons ou aiguilles. Seuls les combustibles des UNGG (réacteurs à uranium naturel graphite-gaz) et HTR (High Temperature Reactor) font exception.
Le crayon est donc généralement l'élément combustible élémentaire (matière fissile + gaine). Il est constitué d'un empilement de pastilles d'UO2 , d'un tube (gaine), et de bouchons aux extrémités. Les crayons sont regroupés en faisceau pour réaliser un assemblage combustible. Ce regroupement permet d'une part le fractionnement de la matière fissile, nécessaire pour des raisons neutroniques (rapport de modération approprié) et pour des raisons de refroidissement à haute puissance volumique (rapport surface sur volume élevé). Il permet d'autre part de réduire les durées de manipulation pendant l'arrêt du réacteur pour les opérations de déchargement du combustible usé et chargement du combustible neuf.
Ce choix de crayons cylindriques a également permis une fabrication bien maîtrisée des tubes de gaine et des pastilles d'UO2 .
2.1 Combustibles pour réacteurs graphite-gaz
Dans la filière graphite-gaz, le graphite joue le rôle de modérateur et le dioxyde de carbone le rôle de caloporteur. Deux types de combustibles ont été utilisés pour cette filière :
-
ceux dont la matière fissile est de l'uranium naturel métallique sous forme de barreau ;
-
ceux dont la matière fissile est de l'oxyde d'uranium très légèrement enrichi sous forme de pastilles.
2.1.1 Combustible pour réacteurs graphite-gaz à base d'uranium naturel (UNGG)
C'est le combustible le plus ancien, développé essentiellement par la France et la Grande-Bretagne. Dans cette filière, la matière fissile utilisée était de l'uranium naturel sous forme métallique (pur ou légèrement allié), car c'est...
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Combustibles des différentes filières
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BAILLY (H.), MENESSIER (D.), PRUNIER (C.) - Le combustible nucléaire des réacteurs à eau sous pression et des réacteurs à neutrons rapides – conception et comportement. - Eyrolles (1996).
-
(2) - Fission Gas Behaviour in Water Reactor Fuels. - OECD/NEA Seminar Proceedings, Cadarache, France, sept. 2000.
-
(3) - Pellet clad Interaction in Water Reactor Fuels. - OECD/NEA Seminar Proceedings, Aix-en- Provence, France, mars 2004.
-
(4) - Very High Burn-ups in Light Water Reactors. - OECD/NEA report no 6224 (2006).
-
(5) - MARDON (J.P.), HOFFMANN (P.B.), GARNER (G.L.) - High burn-up behavior and Licensing of Alloy M5™. - International Meeting on LWR Fuel Performance. Kyoto, oct. 2005.
-
(6) - DELAFOY (Ch.), RONDEPIERRE (J.F.) - Le combustible des Réacteurs à Eau sous Pression. - Site...
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