Réacteurs nucléaires

Bases de la classification des réacteurs nucléaires

Les réacteurs nucléaires peuvent être divisés selon un certain nombre de critères. En voici quelques uns:

• Énergie des neutrons causant la fission :
• réacteur thermique, utilise des neutrons thermiques, ou du moins avec des énergies inférieures à environ 100 eV,
• un réacteur fonctionnant aux neutrons rapides avec des énergies principalement dans la gamme de 50 à 100 keV.
• Combustible nucléaire (sous forme de métal, carbures ou oxydes, céramique) :
• réacteur à uranium naturel
• réacteur à uranium enrichi
• réacteur fonctionnant au ^{239 232} Pu,
• réacteur fonctionnant au ²³² Th (plus précisément ²³³ U).
• Emplacement du combustible nucléaire :
• réacteur homogène,
• réacteur hétérogène.
• Modérateur:
• réacteur à eau,
• réacteur à eau lourde,
• réacteur modérateur au béryllium,
• réacteur graphite,
• réacteur sans modérateur (rapide).
• Liquide de refroidissement
• réacteur refroidi par de l’eau ou un autre liquide,
• réacteur refroidi par gaz (air, hélium, CO ₂ , gaz dissociant),
• réacteur refroidi par métal liquide (sodium liquide et ses alliages, potassium, bismuth).

Veuillez noter que les divisions ci-dessus ne sont pas les seules. De plus, la classification peut être distinguée en raison du matériau des manchons dans lesquels le combustible est enfermé, du degré d’enrichissement du combustible, du type de construction des éléments combustibles, etc. Le développement technologique constant assure l’émergence de nouvelles solutions et confère à certains des réacteurs mentionnés une importance historique.

Générations de réacteurs

La première génération de réacteurs nucléaires comprenait tous ceux qui ont été créés dans les années 1950 et 1960. En même temps, il s’agissait de prototypes de réacteurs de génération II. Les premiers réacteurs nucléaires avaient des conceptions reprises de programmes militaires. Pendant la Seconde Guerre mondiale, ils ont été principalement utilisés pour produire du plutonium. Les réacteurs de première génération se caractérisaient par le fait qu’ils avaient la capacité de recharger le combustible pendant le fonctionnement du réacteur, sans avoir à l’arrêter. C’étaient des réacteurs en graphite. L’uranium naturel ou légèrement enrichi était utilisé comme combustible. L’eau ou le dioxyde de carbone étaient les réfrigérants. La deuxième génération de réacteurs nucléaires (construits principalement de 1970 à 1990) s’est fixé pour objectif de produire de l’électricité le plus efficacement possible. Les réacteurs PWR ou BWR actuellement répandus appartiennent à la deuxième génération. À la fin des années 1980, des recherches ont commencé sur l’introduction d’un certain nombre de changements et d’améliorations dans la construction et le fonctionnement des réacteurs nucléaires pour entrer dans la troisième génération . Cette prochaine génération comprend des réacteurs nucléaires qui ont été modifiés et améliorés pour accroître la sécurité ainsi que pour réduire les coûts de construction et d’exploitation de la centrale. Le marché de l’énergie moderne et concurrentiel signifie que les solutions introduites avec la troisième génération de réacteurs nucléaires s’épuisent. La quatrième génération de réacteurs nucléaires comprend une approche totalement innovante de l’acquisition de l’énergie nucléaire . Il prend en compte des méthodes qui diffèrent des solutions actuellement utilisées. Beaucoup d’entre eux sont des réacteurs à eau de petite et moyenne puissance avec des conceptions originales.

Réacteurs nucléaires – division en raison de leur construction

Réacteurs à cuve

• Réacteur à eau sous pression (REP)

Ce sont les réacteurs les plus couramment utilisés à des fins énergétiques. Le cœur du réacteur REP est placé à l’intérieur d’un réservoir sous pression avec un bassin d’eau. L’eau est à la fois un fluide caloporteur et un modérateur. Des pastilles de dioxyde d’uranium enfermées dans une enveloppe en zirconium (ou en acier inoxydable) constituent le combustible du réacteur REP. Ce réacteur a deux circuits. Le circuit primaire est l’eau qui lave les crayons combustibles et transfère la chaleur au générateur de vapeur. Après refroidissement, il retourne au réacteur. Dans le circuit secondaire, la vapeur générée dans le générateur de vapeur (réchauffée par le circuit primaire) entraîne les turbines du réacteur.

• Réacteurs VVER (vodo-vodyanoi enyergeticheskiy reaktor)

Il s’agit de réacteurs REP de moyenne et forte puissance, conçus en URSS. Leur construction n’est pas très différente de celle de l’ouest. Ils comportent quatre couches de protection contre les fuites. Deux types de base de réacteurs VVER ont été produits : VVER-440 et VVER-1000.

• Réacteur à eau bouillante (BWR)

Dans le cas de ce réacteur, ce n’est pas l’eau mais la vapeur qui est à la fois le fluide caloporteur et le fluide opératoire. L’eau du cœur est amenée à ébullition, et à la sortie du réacteur on a de la vapeur saturée, qui entraîne une turbine à vapeur. Les réacteurs de type REB n’ont qu’un seul circuit. Réacteurs à canaux

• Réacteurs CANDU (Canadiens Deutérium Uranium)

Le réacteur CANDU est un exemple de réacteur à eau lourde – l’eau lourde, D ₂ O, est à la fois le caloporteur et le modérateur. Sa tâche est d’abaisser l’énergie des neutrons. L’uranium naturel (sans enrichissement) est utilisé comme combustible. Le réacteur CANDU a été initialement conçu et construit au Canada en tant que premier réacteur commercial à eau lourde.

• Réacteurs RBMK (Reaktor Bolshoy Moshchnosti Kanalniy)

RBMK est un réacteur à eau bouillante. Le graphite est utilisé comme modérateur. L’eau reçoit de la chaleur et, après s’être transformée en vapeur, fait tourner les turbines. Dans ce réacteur, ce n’est pas de l’eau, mais du graphite, qui modère les neutrons rapides. L’uranium naturel non enrichi est utilisé comme combustible. Bien que le réacteur RBMK soit l’un des plus économiques, il présente un certain nombre de défauts de conception.

Réacteurs nucléaires – division par application

Réacteurs de puissance – leur tâche principale est de convertir l’énergie nucléaire en électricité. Ils sont utilisés dans les centrales électriques commerciales. Réacteurs de recherche/formation – des travaux de recherche et scientifiques y sont menés. Les réacteurs de recherche permettent de mener des expériences sur la structure des solides et des recherches sur les matériaux et les combustibles nucléaires pour les réacteurs de puissance. Réacteurs à des fins militaires – dans l’armée, les réacteurs nucléaires ont été utilisés pour produire du plutonium pour l’industrie de l’armement. Réacteurs de propulsion – l’une des applications de l’énergie nucléaire est la propulsion de navires ou de sous-marins. Des réacteurs de propulsion spécialement conçus sont nécessaires à cette fin. Réacteurs de chauffage – ils sont utilisés pour générer la quantité de chaleur nécessaire à des fins de chauffage dans les centrales nucléaires. Réacteurs à haute température – dans les réacteurs à haute température, de la chaleur est générée, qui est ensuite utilisée à des fins technologiques. Réacteurs à des fins spéciales – ces types de réacteurs sont principalement utilisés par les secteurs médicaux ou industriels sélectionnés. Ils produisent des radio-isotopes pour des applications spécifiques.