Fluides caloporteurs pour réacteurs à neutrons rapides

Academie Des Sciences

Description

Cet ouvrage présente, de manière condensée, la substance d’une réunion de deux jours, organisée les 19 et 20 février 2013 par l’Académie des sciences sur l’emploi des fluides caloporteurs dans les réacteurs à neutrons rapides de IVe Génération.

Mais qu’est-ce qu’un fluide caloporteur ? C’est un fluide qui extrait et transporte la chaleur issue de la source d’énergie (ici fission nucléaire) jusqu’à une source plus froide où elle est transformée via une turbine en énergie électrique.

Les réacteurs à neutrons rapides (dit de IVe Génération) sont actuellement les seuls qui puissent produire, par la fission de l’uranium, des flux d’énergie significatifs à l’échelle du siècle et bien au-delà et pour toutes les grandes métropoles mondiales. Et le choix d’un fluide caloporteur approprié conduit au développement de réacteurs de caractéristiques différentes.

Après avoir présenté le cadre général du problème posé au point de vue scientifique et technique comme à celui de la réalisation industrielle, ce livre analyse quatre types de solutions, qui concernent les métaux liquides, les gaz et les sels fondus. Il en souligne finalement les problèmes communs, mais aussi les caractéristiques différentes auxquelles ces solutions conduisent, notamment en ce qui concerne la taille et le régime thermique de ces réacteurs.

 

Sujets

• Techniques
• Energie et Environnement
• Energie & environnement
• Sciences et techniques
• NRJ (Canada)
• Physics
• Nuclear
• Énergie
• Nucléaire
• Science
• Physique
• Physical attractiveness

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 02 janvier 2017
• Nombre de lectures: 2
• EAN13: 9782759821273
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 8 Mo

Extrait

A C A D É M I E D E S S C I E N C E S

FLUIDES CALOPORTEURS POUR RÉACTEURS À NEUTRONS RAPIDES

[ L E S A T E L I E R S D E L ’ A C A D É M I E ]

Les luîdes caoporteurs pour réacteurs à neutrons rapîdes

Sous a dîrectîon de Robert DAUTRAY, Yves BRÉCHET et Jacques FRIEDEL

ACADÉMIE DES SCIENCES

17, avenue du Hoggar Parc d’actîvîtés de Courtabœuf, BP 112 91944 Les Uîs Cedex A, France

Imprimé en France

© 2014, EDP Sciences 17, avenue du Hoggar, BP 112, Parc d’activités de Courtaboeuf, 91944 Les Ulis Cedex A

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ISBN 9782759811175

TABLE DES MATIèRES

PréfàcE Jacques Frîede, Membre de ’Académîe des scîences

CHàpîTrE 1 – InTroducTîon sur Es luîdEs càoporTEurs pour Es réàcTEurs À nEuTrons ràpîdEs, unE vuE généràE dEs probèmEs scîEnTîiquEs ET TEcHnîquEs Yves Bréchet,Robert Dautray et Jacques Frîede, Membres de ’Académîe des scîences

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Remarques préîmînaîres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1 Transfert de chaeur : de a source chaude à a source froîde . . . . 20 2 Proprîétés nucéaîres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3 Chîmîe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 4 Matérîaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 5 Rîsques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 6 Bîan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

CHàpîTrE 2 – LEs luîdEs càoporTEurs dàns Es dîfférEnTEs opTîons dE à généràTîon IV: E rETour d’ExpérîEncE Françoîs Carré, dîrecteur scîentîique, CEA

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Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 1 Les premîers projets de réacteurs à neutrons rapîdes : du mercure au NaK et au sodîum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2 Atouts et contraîntes spécîiques du sodîum comme caoporteur . . . 47

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3 Concepts de réacteurs à neutrons rapîdes refroîdîs autrement qu’au sodîum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 4 Perspectîves d’avenîr pour es réacteurs à neutrons rapîdes : projets à moyen terme et recherche à pus ong terme . . . . . . . . . 54 5 Coopératîon înternatîonae : déis et perspectîves . . . . . . . . . . . . 59 Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

CHàpîTrE 3 – LE càHîEr dEs cHàrgEs dEs réàcTEurs À nEuTrons ràpîdEs du fuTur 63 Françoîs Gauché, chef du programme e « réacteurs IV génératîon », CEA

Introductîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 e 1 Attentes des systÈmes de IV génératîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2 Attentes en termes de performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3 Attentes en termes de sûreté . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 4 Queques enjeux spécîiques des réacteurs à neutrons rapîdes. . . . 76 Concusîon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

CHàpîTrE 4 – LEs concusîons du sémînàîrE : quEEs àcTîons En TErmEs dE rEcHErcHE ET dévEoppEmEnT ? Yves Bamberger, conseîer scîentîique du présîdent d’EDF

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1 Que présente ce chapître et comment est-î organîsé ? . . . . . . . . . 81 2 Les actîons-cés concernant toutes es iîÈres . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3 Les réacteurs au sodîum à neutrons rapîdes. . . . . . . . . . . . . . . . . 83 4 Les réacteurs au pomb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5 Les réacteurs à ses fondus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 6 Les réacteurs à gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 7 Au-deà des questîons scîentîiques et technîques . . . . . . . . . . . . . 87

PosTfàcE Édouard Brézîn, membre de ’Académîe des scîences

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t abLedesmatières

CD-Rom : dîàporàmàs dEs Exposés du cooquE

Pàn du CD-Rom

Introductîon du sémînaîre Robert Dautray

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1 Exposés întroductîfs 1.1. Les optîons de luîde caoporteur et es types de réacteurs – Franck Carré (CEA) 1.2. Les probÈmes scîentîiques et technîques –Robert Dautray, Yves Bréchet (Académîe des scîences) 1.3. Le cahîer des charges întégrant notamment es aspects îndus- trîes –Françoîs Gauché (CEA) 2 Sodîum 2.1. Incîdence du choîx du sodîum sur a conceptîon et e fonctîonne- ment du réacteur. Coexîstence de ’eau et du sodîum, contrôe préventîf des fuîtes et optîons possîbes pour es échangeurs de chaeur –Guîaume Rodrîguez (CEA) 2.2. Les probÈmes îés au sodîum dans e cœur du réacteur, es împuretés, es produîts de corrosîon et eur devenîr sous îrradîa- tîon. Physîcochîmîe de ’înterface sodîum/matérîaux de struc- ture. Sûreté –Chrîstîan Latgé (CEA) 2.3. Retour d’expérîence de Phénîx et Superphénîx –Jean-Françoîs Sauvage (EDF) 3 Pomb 3.1. Incîdence du choîx du pomb ou de ses aîages sur a concep- tîon et e fonctîonnement du réacteur. Incîdence partîcuîÈre sur a puîssance unîtaîre. Comparaîsons avec e sodîum du poînt de vue de a thermîque et de a mécanîque des luîdes. Vîscosîté. Pertes en charge. Capacîté caorîique. Maîntenance, ISIR, ra- dîoprotectîon (Po-210). Sûreté –Pîetro Agostînî (ENEA) 3.2. Technoogîes de mîse en œuvre du pomb comme luîde cao- porteur : pompes, tuyauterîes, retour d’expérîence de Russîe – Vadîmîr Uyanov (IPPE Obnînsk) 3.3. La chîmîe du pomb, înteractîon et corrosîon avec es matérîaux de gaînage, avec es matérîaux des tuyauterîes. Physîcochîmîe de ’înterface pomb/matérîaux de structure –Thîerry Auger (ECP) 4 Ses fondus 4.1. Incîdence du choîx des ses fondus sur a conceptîon et e fonc- tîonnement du réacteur. Échangeurs de chaeur et luîde întermé- dîaîre. Sûreté –Danîe Heuer (CNRS)

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4.2. Technoogîe de mîse en œuvre du se comme luîde combustîbe et caoporteur : pompes, purge, nettoyage du se, capteurs et maîntenance –Véronîque Ghetta (CNRS) 5 Héîum 5.1. Retour d’expérîence sur ’utîîsatîon des gaz et de ’héîum en partîcuîer comme luîde caoporteur –Evadas Bubeîs (KIT) 5.2. Interactîon avec es matérîaux, spécîicîtés des hautes tempéra- tures. Physîcochîmîe de ’înterface héîum/matérîaux de struc- ture –Céîne Cabet (CEA) 5.3. Incîdence du choîx du gaz, héîum en partîcuîer, sur a concep- tîon et e fonctîonnement du réacteur. Sûreté –Jean-Caude Garnîer (CEA) 6 Questîons fondamentaes sur ’înterface luîde/soîde 6.1. Contact înerte : apport des approches atomîques sur e îquîde au contact du soîde crîstaîn, conséquences possîbes –Éîsabeth Charaîx, Jean-Louîs Barrat (UJF) et Lyderîc Boquet (ENS-Lyon) 6.2. Contact réactîf : dîssoutîon et réactîon, luîde métaîque ou gaz suîvant a prîorîté îdentîiée –Evgueny Gîckman (Israë) 7 Questîons îées à a réaîsatîon 7.1. Fabrîcatîon et mîse en œuvre : matérîaux et procédés, statîons pîotes de dîfférentes taîes (cîbe sodîum) –Caude Escaravage (Areva) 7.2. Contrôe et maîntenance : înstrumentatîon, aboratoîres d’exa- men des équîpements, aspect îndustrîe, contrôe et maîntenance (cîbe sodîum) –Denîs Buîsîne (EDF) 8 Contrôe et maîntenance 8.1. Dîscussîon menée parYves Bamberger (EDF) et Françoîs Carré (CEA)  – Dîscussîon générae sur es sessîons des deux jours  – Maturîté îndustrîee des dîfférentes optîons  – SynthÈse et feuîe de route 8.2. Concusîons du sémînaîre –Yves Bréchet, Robert Dautray, Jacques Frîede, Georges Martîn et André Pîneau 9 Programme du sémînaîre des 19 et 20 févrîer 2013

PRÉFACE

Cet ouvrage présente, de manîÈre condensée, a substance et es concu- sîons d’une réunîon de deux jours organîsée es 19 et 20 févrîer 2013 par ’Académîe des scîences sur ’empoî des luîdes caoporteurs dans es réac- e teurs à neutrons rapîdes de IV génératîon. Les organîsateurs de cette réunîon étaîent Yves Bréchet, Robert Dautray, Jacques Frîede et Georges Martîn.

Ce type de réacteur doît issîonner tous es noyaux d’uranîum et pas seue- ment a fractîon mînîme d’uranîum-235 des réacteurs des génératîons précé- dentes. I doît aînsî travaîer dans des condîtîons pus extrêmes, pour entraï- ner es produîts de issîon hors du combustîbe et transformer cette énergîe de issîon en chaeur à ’aîde d’un luîde caoporteur ; et cette chaeur à haute température sera inaement transformée en énergîe consommabe sous forme d’éectrîcîté ou de travaî mécanîque.

e La IV génératîon est actueement a seue quî puîsse produîre, par a issîon de ’uranîum, des lux d’énergîe sîgnîicatîfs à ’échee du sîÈce, et bîen au-deà, et pour toutes es grandes métropoes mondîaes. Et e choîx d’un luîde caoporteur approprîé conduît au déveoppement de réacteurs de caractérîstîques dîfférentes. C’est ce quî expîque que, dans ’hîstoîre déjà ongue et compexe de cette questîon, pusîeurs soutîons aîent été envîsagées et pus ou moîns déveoppées, en France comme au nîveau înternatîona.

L’Académîe des scîences, secondée par des membres de ’Académîe des technoogîes, a pensé souhaîtabe de faîre un état des îeux aussî compet et précîs que possîbe, avec a partîcîpatîon essentîee des spécîaîstes es pus compétents et dans es secteurs actueement es pus actîfs. AprÈs avoîr présenté e cadre généra du probÈme posé du poînt de vue scîentîique et technîque comme de ceuî de a réaîsatîon îndustrîee, ce texte anayse quatre types de soutîons, quî concernent es métaux îquîdes, es gaz et es ses fondus. I en souîgne inaement es probÈmes communs, maîs aussî es caractérîstîques dîfférentes auxquees ces soutîons conduîsent, notamment en ce quî concerne a taîe et e régîme thermîque de ces réacteurs.

Le texte quî suît et ses concusîons sont édîtés sous a responsabîîté de ’Académîe des scîences. I comprend quatre chapîtres : une synthÈse des questîons scîentîiques et technîques générées par chaque choîx de luîde caoporteur, chapître quî extraît es poînts cés des exposés présentés au cours du sémînaîre (R. Dautray et Y. Bréchet), une întroductîon aux réacteurs e de IV génératîon vus sous ’aspect des luîdes caoporteurs (F. Carré), un artîce dégageant es exîgences îndustrîees de déveoppement d’un de ces réacteurs, ceuî refroîdî au sodîum (F. Gauché) et un chapître de concusîon quî

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îustre de manîÈre comparatîve es grands déis restant à reever et demandant des recherches approfondîes (Y. Bamberger). Is sont étoffés par a pubîca- tîon, sous forme d’un CD-Rom assocîé au présent voume, des présentatîons faîtes ors des dîfférentes contrîbutîons oraes à cette conférence. Avec es références nombreuses et bîen choîsîes des artîces du texte prîncîpa et es dîscussîons que es présentatîons oraes ont suscîtées, cette réunîon fournît une îmage détaîée, que nous pensons assez exacte et équîîbrée, sur ’état de ’art de cette questîon essentîee d’un poînt de vue technîque. Les poînts es pus marquants sont résumés dans a postface de É. Brézîn.

Nous sommes trÈs reconnaîssants aux dîfférents organîsmes approchés d’avoîr rendu cette réunîon possîbe, et aux dîfférents et nombreux partîcî- pants d’avoîr faît un effort partîcuîer de carté et d’équîîbre dans eur pré- sentatîon.

Nous pensons en effet que ’Académîe des scîences est parfaîtement jus- tîiée à émettre, dans es domaînes de sa compétence, des avîs détaîés quî anaysent et comparent dîfférentes soutîons scîentîiques, et concuent, s’î exîste, sur eur domaîne possîbe de vaîdîté. En revanche, es choîx entre ces soutîons dépendent aussî en grande partîe de ’hîstoîre et des besoîns socîo-économîques, quî sont pus proprement à a charge du ou des gouver- nements et des cîtoyens qu’îs représentent. I en est partîcuîÈrement aînsî dans es domaînes comme e nucéaîre où ’évoutîon ne peut être qu’à moyen ou ong terme.

C’est dans cet esprît que ’Académîe des scîences s’est exprîmée depuîs queques années sur de grands thÈmes de socîété touchant, tant a métaurgîe e e ou es mégaséîsmes que ’avenîr du nucéaîre dans ses III et IV génératîons. Ces rélexîons ont toutes donné îeu à a pubîcatîon de textes édîtés sous a responsabîîté de ’Académîe des scîences, et e pus souvent accompagnés sur e sîte Internet de ’Académîe par des compéments tîrés des réunîons préparatoîres.

Des commentaîres pus détaîés seront présentés dans ce îvre, tant sur ’état de ’art des dîvers caoporteurs que sur eurs dîfférences. Maîs a ec- ture înîtîae de ’ensembe des contrîbutîons que nous proposons dans cette întroductîon sera structurée en cînq îtems : transfert de chaeur, proprîétés nucéaîres, chîmîe, matérîaux et, enin, rîsques.

Jacques Frîede Membre de ’Académîe des scîences