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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Contrôle des réacteurs hybrides
En anglais
1. Principe des réacteurs hybrides
1.1 Milieu multiplicateur de neutrons sous-critique
1.1.1 Facteurs de multiplication neutronique
Un milieu multiplicateur de neutrons est un milieu contenant des noyaux fissiles formant l’essentiel du combustible nucléaire, où l’absorption d’un neutron par un de ces noyaux peut conduire à sa fission, et donc à l’émission de nouveaux neutrons, mais peut également ne pas générer de fission mais simplement produire de nouveaux isotopes (augmentation de la masse atomique). Des absorptions de neutrons par d’autres noyaux non fissiles du milieu peuvent également se produire : on parle alors de captures stériles. Un tel milieu est caractérisé en général par son facteur de multiplication k, défini comme le rapport du nombre de neutrons de la génération i + 1 au nombre de neutrons de la génération i. En réalité ce rapport dépend de la géométrie du milieu et de la localisation de la réaction d’absorption du neutron.
Considérons, tout d’abord, un milieu multiplicateur homogène de taille infinie. Un neutron crée dans ce milieu donnera naissance à k∞ neutrons à la seconde génération, qui donneront eux mêmes chacun k∞ neutrons conduisant ainsi à
neutrons à la troisième génération et ainsi de suite jusqu’à la génération n qui comptera
neutrons. Le nombre total de neutrons dans le milieu multiplicateur après l’apparition d’un neutron source est :
Si k∞ est
cette série diverge et...
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Principe des réacteurs hybrides
BIBLIOGRAPHIE
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