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Qu'est-ce qu'un réacteur nucléaire?

Un réacteur nucléaire est une installation capable de convertir l'énergie nucléaire en énergie thermique. Les réacteurs peuvent initier, contrôler et maintenir les réactions nucléaires en chaîne dans le cœur de cette installation dans un circuit fermé.

Qu'est-ce qu'un réacteur nucléaire?

Dans une centrale nucléaire commune, les réacteurs nucléaires sont utilisés pour produire de l'énergie thermique et produire de la vapeur d'eau. Ils sont en définitive, des générateurs de vapeur.

La façon de créer cette quantité de chaleur est par des réactions de fission (division des atomes). La vapeur générée à haute pression entraîne les turbines à produire de l' électricité.

Pour construire un réacteur nucléaire, il est nécessaire d'avoir suffisamment de combustible nucléaire, ce que nous appelons masse critique. Avoir une masse critique suffisante signifie avoir suffisamment de matière fissile dans des conditions optimales pour soutenir une réaction de fission nucléaire en chaîne.

Lorsque la production de neutrons du réacteur dépasse les pertes, caractérisées par une augmentation du niveau de puissance, elle est considérée comme «supercritique». Lorsque les pertes dominent, il est considéré comme «sous-critique» et les expositions sont une puissance décroissante.

La disposition des absorbeurs de neutrons et des barres de contrôle permet de contrôler la réaction en chaîne et l'arrêt et le démarrage du réacteur nucléaire.

La réaction nucléaire en chaîne est produite et maintenue au cœur du réacteur pour chauffer l'eau utilisée pour alimenter les turbines de la centrale.

Il existe plusieurs types de réacteurs et des générations de réacteurs. Les plus utilisés dans le monde sont les réacteurs à eau légère, de seconde génération:

  • Les réacteurs à eau pressurisée (REP).

  • Réacteurs à eau bouillante (BWR).

Aux États-Unis seulement, 95 réacteurs nucléaires commerciaux produisent de l' électricité.

Quelles sont les parties d'un réacteur nucléaire?

Un réacteur nucléaire est composé des éléments suivants:

Cœur du réacteur nucléaire

Le cœur du réacteur est constitué de crayons combustibles de forme géométrique caractéristique. Il est refroidi par un fluide, généralement de l'eau.

Dans certains réacteurs nucléaires, le cœur est situé à l'intérieur d'une piscine d'eau, d'environ 10 à 12 mètres de profondeur, ou à l'intérieur d'une cuve sous pression en acier.

Une cuve de réacteur est la cuve sous pression contenant le liquide de refroidissement du réacteur nucléaire, l'enveloppe du cœur et le cœur du réacteur.

Barres de combustible nucléaire

Qu'est-ce qu'un réacteur nucléaire?

Ils sont le lieu physique où le combustible nucléaire est confiné. Certaines barres de combustible contiennent de l'uranium mélangé à de l'aluminium sous forme de feuilles plates. Ces feuilles sont séparées par une certaine distance qui permet la circulation du fluide dissipateur thermique.

Les feuilles sont situées dans une sorte de boîte qui sert de support.

Combustible nucléaire

Le combustible nucléaire est un matériau ayant une capacité de fission suffisante pour atteindre une masse critique. Autrement dit, pour maintenir une réaction nucléaire en chaîne. Il est positionné de manière à ce que l'énergie thermique qui produit cette réaction atomique puisse être rapidement extraite.

Qu'est-ce qu'un réacteur nucléaire?Le combustible nucléaire solide est utilisé dans les centrales nucléaires. Les combustibles nucléaires varient selon le type de réacteur, mais en général, des dérivés combustibles d'uranium ou du plutonium sont utilisés.

L'uranium naturel est extrait des mines d'uranium, mais il n'est pas suffisamment radioactif pour être utilisé directement dans un réacteur. L'uranium naturel subit un processus d'enrichissement pour obtenir des isotopes plus instables afin d'augmenter le coefficient de réactivité.

Le procès à fin d'obtenir uranium enrichi s'appelle cycle du combustible nucléaire.

Barres de commande

Les faisceaux de barres de commande fournissent un moyen rapide de surveiller les réactions en chaîne. Ces barres permettent des changements rapides de puissance du réacteur et son arrêt éventuel en cas d'urgence.

Les barres de commande sont constituées de matériaux absorbant les neutrons et ont généralement les mêmes dimensions que les éléments combustibles. 

Les assemblages combustibles dans le cœur sont disposés en rangées de 10 alignées avec des structures de support linéaires.

Le coefficient de réactivité du cœur est augmenté ou diminué en élevant ou en abaissant les barres de commande. En les soumettant ou en les réduisant, la présence de matériaux absorbant les neutrons dans le noyau est modifiée.

Qu'est-ce qu'un réacteur nucléaire?

Dans un fonctionnement typique, un réacteur nucléaire a les barres de commande totalement ou partiellement retirées du cœur.

La conception des centrales nucléaires est telle qu'en cas de défaillance d'un système de sûreté ou de contrôle d'un réacteur, elle agit toujours dans le sens d'une sûreté maximale, en insérant complètement toutes les barres de commande dans le cœur du réacteur.

Cette action amène le réacteur nucléaire à un arrêt sûr en quelques secondes.

Modérateur nucléaire

Les neutrons issus d'une réaction de fission nucléaire ont une énergie cinétique élevée. Plus leur vitesse est élevée, moins ils sont susceptibles de fusionner d'autres atomes, il est donc pratique de réduire cette vitesse pour encourager de nouvelles réactions en chaîne.

La fonction du modérateur est de réduire l'énergie cinétique des neutrons à travers les collisions élastiques des neutrons avec les noyaux du modérateur.

Les réacteurs à neutrons rapides n'utilisent pas de modérateur.

Un réacteur à neutrons rapides est un réacteur nucléaire qui utilise des neutrons rapides qui ne sont pas modérés, par opposition aux neutrons thermiques qui peuvent être modérés par du graphite, de l'eau lourde ou de l'eau légère.

Liquide de refroidissement du réacteur

Le réacteur utilise un fluide caloporteur pour profiter de l'énergie thermique dégagée par les réactions de fission nucléaire. La fonction du liquide de refroidissement est d'absorber cette énergie thermique et de la transporter vers d'autres éléments de l'installation et de produire de l'électricité.

Le liquide de refroidissement doit être anti-corrosif, avec une capacité thermique élevée et ne doit pas absorber de neutrons.

Réflecteur à neutrons

Un certain nombre de neutrons ont tendance à s'échapper de la région où ils sont produits lors d'une réaction nucléaire en chaîne. Cette fuite de neutrons peut être minimisée avec un milieu réflecteur qui les redirige dans la zone de réaction.

Le milieu réfléchissant qui entoure le noyau doit avoir une faible section de capture efficace pour réduire le nombre de neutrons et que le plus grand nombre possible d'entre eux soient réfléchis.

Bouclier de réacteur nucléaire

Lorsque le réacteur est en fonctionnement, une grande quantité de rayonnement est générée. Le blindage est utilisé pour protéger et isoler les travailleurs des installations de la radioactivité causée par les produits de fission. C'est un élément indispensable de la sûreté nucléaire.

Références

Auteur :

Date de publication : 18 juillet 2012
Dernier examen : 31 janvier 2021