Centrale nucléaire Isar, Allemagne

Piscine de combustible nucléaire usé

Turbine d'une centrale nucléaire

Réfrigérant

Réfrigérant

Un réfrigérant dans un réacteur nucléaire est une substance liquide ou gazeuse qui traverse le cœur du réacteur et élimine la chaleur de la réaction de fission nucléaire.

Dans les réacteurs de puissance à double circuit, le liquide de refroidissement du réacteur pénètre dans le générateur de vapeur, qui produit la vapeur qui entraîne les turbines, et dans les réacteurs à circuit unique, le réfrigérant (vapeur ou gaz) peut servir de fluide de travail du cycle. de la turbine. Dans la recherche (par exemple, la science des matériaux) et les réacteurs spéciaux (par exemple, dans les réacteurs pour l'accumulation d'isotopes radioactifs), le réfrigérant ne refroidit que le réacteur, la chaleur qui en résulte n'est pas utilisée.

Les exigences suivantes sont imposées pour chauffer les réfrigérants:

  • Faible absorption des neutrons (dans les réacteurs thermiques) ou leur affaiblissement (dans les réacteurs rapides).
  • Résistance chimique dans des conditions d'exposition intense aux radiations.
  • Corrosivité faible vis-à-vis des matériaux de structure avec lesquels le réfrigérant est en contact.
  • Coefficient élevé de transfert de chaleur.
  • Chaleur spécifique élevée.
  • Basse pression de travail à haute température.

Les réacteurs à neutrons thermiques utilisent de l'eau (normale et lourde), de la vapeur d'eau, des liquides organiques, du dioxyde de carbone comme réfrigérant. Dans les réacteurs nucléaires rapides: métaux liquides (principalement le sodium) ainsi que les gaz (vapeur d’eau, hélium, par exemple). Souvent, le liquide sert de liquide de refroidissement, qui est également un modérateur.

Caractéristiques des réfrigérants

Eau légère

L'eau est l'un des vecteurs thermiques les plus courants. L'eau naturelle contient une petite quantité d'eau lourde (0,017%), diverses impuretés et des gaz dissous. La présence d'impuretés et de gaz rend l'eau chimiquement active avec les métaux. Par conséquent, avant de l'utiliser comme caloporteur, l'eau est purifiée des impuretés par distillation et dégazée, c'est-à-dire que les gaz sont éliminés de l'eau.

Dans le premier circuit, de l'eau radioactive circule. Les impuretés constituent la principale source de radioactivité dans l’eau. Leur apparition dans l’eau est due à la corrosion des nœuds du circuit primaire et à la contamination technologique par des substances fissiles à la surface externe des éléments combustibles. La concentration d'impuretés radioactives dans l'eau est réduite par filtration.

Les inconvénients de l'eau en tant que liquide de refroidissement sont le faible point d'ébullition (100 ° C à une pression de 1 atm) et l'absorption des neutrons thermiques. Le premier inconvénient est éliminé en augmentant la pression dans le circuit primaire. L'absorption des neutrons thermiques par l'eau est compensée par l'utilisation de combustible nucléaire à base d'uranium enrichi.

Eau lourde

L'eau lourde dans ses propriétés chimiques et thermiques est peu différente de l'eau ordinaire. Il n'absorbe pratiquement pas les neutrons, ce qui permet d'utiliser l'uranium naturel comme combustible nucléaire dans les réacteurs nucléaires à modérateur à eau lourde.

Cependant, l'eau lourde est encore peu utilisée dans la construction du réacteur en raison de son coût élevé.

Métaux liquides

Le sodium est le plus développé des liquides de refroidissement métalliques. Ce réfrigérant est chimiquement actif avec la plupart des métaux à une température relativement basse, et cette activité du sodium est due au mélange d'oxydes de sodium. Par conséquent, le sodium est complètement nettoyé des oxydes, après quoi il ne réagit pas avec beaucoup de métaux (Mo, Zr, acier inoxydable, etc.) à 600-900 ° C.

Liquides organiques

Parmi les liquides organiques testés, certains polyphényles, y compris le diphényle et le triphényle, se sont révélés être les plus stables dans des conditions de températures élevées et d'exposition au rayonnement. Cependant, malgré les avantages, ces réfrigérants se sont avérés trop instables pour l'irradiation par des neutrons, ces réacteurs n'ont donc pas été utilisés de manière industrielle.

Gaz

Le principal fluide frigorigène du gaz est le dioxyde de carbone. Il est économique, caractérisé par une densité et une capacité calorifique volumétrique supérieures à celles des autres gaz. L'effet corrosif du dioxyde de carbone sur les métaux dépend de la teneur en oxygène.

 

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Dernier examen: 27 décembre 2018

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