Piscine de combustible nucléaire usé

Combustible nucléaire

Combustible nucléaire

Le combustible nucléaire est le matériau utilisé pour la production d'énergie nucléaire. C'est un matériau qui peut être fissuré ou fondu selon que son utilisation est la fission nucléaire ou la fusion nucléaire.

Nous nous référons au combustible nucléaire tant pour le matériau (uranium, plutonium ...) que pour l’ensemble réalisé avec ledit matériau nucléaire (barres de combustible, composition des matériaux nucléaires et modérateur ou toute autre combinaison.

Le combustible nucléaire le plus connu est l’uranium car c’est le plus couramment utilisé dans les réacteurs à fission nucléaires. Actuellement, tous les réacteurs nucléaires en production pour la production d'énergie électrique sont à fission. À un autre niveau, le plutonium est également utilisé comme combustible nucléaire.

Le tritium et le deutérium sont des isotopes légers utilisés dans le processus de fusion nucléaire. La fusion nucléaire, pour le moment, n'est pas suffisamment développée pour pouvoir être appliquée dans les centrales nucléaires bien qu'un réacteur à fusion nucléaire (projet ITER) soit en construction pour son étude en France.

Utilisation de combustible nucléaire

Pendant le fonctionnement du réacteur, les atomes de combustible nucléaire sont progressivement séparés par le processus de fission nucléaire en chaîne: le matériau se transforme progressivement en d’autres éléments et / ou isotopes, libérant ainsi de l’énergie thermique. Cette énergie thermique est utilisée par une machine thermique apte à entraîner mécaniquement une turbine à vapeur couplée à un alternateur et à produire ainsi de l'électricité.

En règle générale, la masse de combustible nucléaire présente dans le réacteur atteint la masse dite critique, c'est-à-dire la quantité nécessaire pour déclencher une réaction en chaîne qui soit autosuffisante de manière stable.

Le combustible nucléaire est généralement placé dans des barres dans le réacteur. Ceci afin de faciliter leur transport, à la fois pour alterner le combustible avec modération et les barres de commande et pour faciliter leur extraction en fin de cycle.

Le matériau fissile doit être placé avec un arrangement géométrique optimisant l’effet de chaîne, en tenant compte de la nécessité de laisser assez d’espace pour insérer le modérateur. Lors de la phase de conception d'un réacteur nucléaire, il est également nécessaire de laisser de la place pour les barres de contrôle et les dispositifs de diagnostic. D'un point de vue purement théorique, la forme idéale serait la forme sphérique. Cependant, des raisons d'ordre pratique et constructif nous incitent à adopter d'autres solutions: on utilise généralement une forme cylindrique, obtenue par la combinaison d'un grand nombre de barres.

Épuisement et remplacement du combustible nucléaire

Contrairement aux combustibles traditionnels (combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole, le gaz naturel ou le bois), la consommation de combustible dans un réacteur nucléaire est très lente et, une fois chargée, elle dure généralement des années (en fonction du type de réacteur et de son utiliser). Par contre, les opérations de ravitaillement en carburant sont considérablement plus complexes.

Contrairement à ce qui se passe avec d'autres types de combustibles, le produit de la réaction (le laitier) n'est pas dispersé, mais reste principalement dans les barres ou les éléments immédiatement adjacents.

Au fil du temps, les barres deviennent de plus en plus pauvres en matières fissiles, jusqu’à atteindre un point où il n’est plus efficace de les exploiter et doivent être remplacées. Selon la géométrie du réacteur, il peut arriver qu'une partie du combustible s'épuise plus rapidement que d'autres: en général, la partie centrale s'épuise plus rapidement que la partie externe. La configuration de la barre est utile dans ce cas car elle ne permet de remplacer que les pièces les plus épuisées.

Les tiges épuisées, ainsi que les matériaux se trouvant à proximité, sont devenus hautement radioactifs en raison de la présence de produits de fission générés par les réactions, ainsi que d'autres matériaux pouvant être activés au cours du processus de capture des neutrons ou à la suite de: autres processus similaires. L'enlèvement des baguettes usées est donc la partie la plus complexe du démantèlement des scories du réacteur nucléaire.

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Références

Dernier examen: 23 octobre 2018