Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Un exemple de système hybride
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3. Applications possibles
3.1 Bilan neutronique
On s’intéresse au nombre total de neutrons disponibles dans le réacteur pour autre chose que la fission. Ce nombre est égal au nombre total de neutrons produits dans le réacteur moins le nombre de neutrons nécessaires pour produire Nf fissions. Pour créer une fission, il faut (σf + σc) / σf neutrons, on note aussi ce terme (1 + α). On a alors :
soit :
ce qui peut être mis sous la forme :
Il s’ensuit que la capacité de transmutation ne dépend pas explicitement du choix de la valeur de ks : en effet quel que soit ks le nombre total de neutrons disponibles ne dépend que du nombre de neutrons de spallation (source) et du nombre de fissions (réacteur). Par conséquent, le type de couplage entre le réacteur et l’accélérateur ne change pas le nombre de neutrons disponibles : si les deux entités étaient indépendantes cela conduirait à la même expression, soit l’apport de l’accélérateur ajouté à celui d’un réacteur critique. Si l’on exprime à présent le nombre de neutrons disponibles par fission, on aurait :
-
pour un système critique découplé ν – 1 – α neutrons (la source étant alors négligeable) ;
-
et pour un système sous-critique couplé
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, ce qui est plus avantageux pour une puissance donnée ; le supplément de neutrons disponibles vient précisément des neutrons de spallation.
, ce qui est plus avantageux pour une puissance donnée ; le supplément de neutrons disponibles vient précisément des neutrons de spallation.En pratique le nombre de neutrons disponibles...
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BIBLIOGRAPHIE
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