Les réacteurs nucléaires font partie des centrales nucléaires dont le but est la production d’énergie électrique à partir de l'énergie nucléaire.
Tous les réacteurs actuels obtiennent l’énergie de la fission de noyaux d’uranium. L'objectif des réacteurs est l’obtention des réactions de fission en chaîne pour produire de l'énergie thermique. Le reste de la centrale nucléaire se chargera d'utiliser cette énergie pour la convertir en électricité.
Les différences entre les différents types de centrales nucléaires reposent sur le fonctionnement du réacteur nucléaire qu'elles utilisent pour produire de l'électricité.
Les types de réacteurs nucléaires les plus courants sont les suivants :
-
Réacteur à eau pressurisée (REP)
-
Réacteur à eau bouillante (REB)
-
Réacteur à l'uranium naturel et au graphite au gaz (GCR)
-
Réacteur à gaz avancé (AGR)
-
Réacteur refroidi par gaz à température élevée (HTGCR)
-
Réacteur nucléaire à eau lourde (REH)
-
Réacteur surgénérateur rapide (FBR)
Réacteur à eau pressurisée (REP)
Le réacteur à eau pressurisée est le réacteur nucléaire le plus utilisé au monde avec le réacteur à eau bouillante (REB). Ce réacteur a été développé principalement aux États-Unis, RF en Allemagne, en France et au Japon.
Le combustible nucléaire utilisé est de l'uranium enrichi sous forme d'oxyde.
Le modérateur et le liquide de refroidissement utilisés peuvent être de l'eau ou du graphite.
L'énergie thermique générée par le cœur du réacteur est transportée par l'eau de refroidissement qui circule dans le circuit primaire sous haute pression vers un échangeur de chaleur. Le réacteur est basé sur le principe que l'eau soumise à une pression élevée peut s'évaporer sans atteindre le point d'ébullition.
Dans l'échangeur, la vapeur est refroidie et condensée, et retourne au réacteur à l'état liquide.
Dans l'échange, la chaleur passe à un circuit d'eau secondaire. L'eau du circuit secondaire est convertie en vapeur haute pression qui sera utilisée pour entraîner les turbines à vapeur. Les turbines fournissent de l'énergie mécanique pour entraîner le générateur électrique et obtenir de l'électricité.
Réacteur à eau bouillante (REB)
Le réacteur à eau bouillante (connu sous l'acronyme en anglais BWR), est également fréquemment utilisé. Technologiquement, il a été développé principalement aux États-Unis, en Suède et en Allemagne de l'Ouest.
Dans ce type de réacteur nucléaire, il utilise l'eau comme fluide caloporteur et modérateur de neutrons.
Le combustible nucléaire utilisé est de l'uranium enrichi sous forme d'oxyde car il facilite la génération de fissions nucléaires.
L'énergie thermique générée par les réactions en chaîne de la fission nucléaire est utilisée pour faire bouillir l'eau. La vapeur produite est envoyée dans une turbine qui entraîne un générateur électrique. La vapeur qui sort de la turbine passe à travers un condenseur, où elle est transformée en eau liquide pour répéter le cycle.
Réacteur à l'uranium naturel et au graphite au gaz (GCR)
Le réacteur à uranium naturel et graphite gazeux est un type de réacteur nucléaire qui utilise de l'uranium naturel sous forme de métal comme combustible nucléaire. Le combustible est introduit dans des tubes d'un alliage de magnésium appelé magnox.
Le modérateur de neutrons utilisé est le graphite. Le refroidisseur thermique est au gaz, plus précisément au dioxyde de carbone (CO 2 ).
La technologie de ce type de réacteur nucléaire a été développée principalement en France et au Royaume-Uni.
Réacteur à gaz avancé (AGR)
Le réacteur à gaz avancé (AGR) a été développé au Royaume-Uni à partir du réacteur nucléaire à uranium naturel-graphite-gaz.
Les principales nouveautés sont que le combustible nucléaire, sous forme d'oxyde d'uranium enrichi, est introduit dans des tubes en acier inoxydable et que la cuve en béton précontraint contient les échangeurs de chaleur à l'intérieur.
Réacteur refroidi par gaz à température élevée (HTGCR)
Le réacteur nucléaire refroidi au gaz à température élevée est une nouvelle évolution des réacteurs nucléaires refroidis au gaz.
Les différences par rapport au réacteur nucléaire avancé à gaz (AGR) sont principalement de trois :
-
L'hélium est remplacé par le dioxyde de carbone comme réfrigérant,
-
Le combustible céramique est utilisé à la place du combustible métallique
-
Les températures du gaz avec lequel il fonctionne sont beaucoup plus élevées.
Réacteur nucléaire à eau lourde (REH)
Le réacteur nucléaire à eau lourde est un type de réacteur nucléaire développé principalement au Canada. Une variante de ce réacteur est le réacteur nucléaire CANDU , très populaire au Canada.
Le combustible utilisé pour obtenir l'énergie nucléaire est l'uranium naturel, sous forme d'oxyde, qui est introduit dans des tubes de zirconium allié.
La principale caractéristique du réacteur à eau lourde est l'utilisation d'eau lourde comme modérateur et caloporteur.
Dans sa conception la plus courante, les tubes de combustible nucléaire sont insérés dans une cuve contenant le modérateur. Le réfrigérant est maintenu sous pression pour maintenir son état liquide. La vapeur est produite dans des échangeurs de chaleur à travers lesquels circule l'eau légère.
Réacteur surgénérateur rapide (FBR)
La principale caractéristique des réacteurs rapides est qu'ils n'utilisent pas de modérateur de neutrons et que, par conséquent, la plupart des fissions nucléaires sont produites par des neutrons rapides.
Le cœur de ce type de réacteur nucléaire est constitué d'une zone fissile, entourée d'une zone fertile dans laquelle l'uranium naturel est transformé en plutonium. Le cycle uranium 233-thorium peut également être utilisé.
Le réfrigérant est du sodium liquide, la vapeur est produite dans des échangeurs de chaleur.
Les types de centrales nucléaires du futur
La technologie des réacteurs nucléaires est en train d'améliorer constamment. L'objectif de ces nouvelles réacteurs est l’augmentation de la production d'électricité en réduisant l' utilisation de combustible et conséquemment des déchets radioactifs.
Le réacteur nucléaire de génération IV
Le réacteur nucléaire de génération IV est un type de réacteur qui est en développement dans le but d'améliorer la sûreté, la fiabilité et l'efficacité des réacteurs nucléaires. Les premiers prototypes de ces réacteurs pourraient être mis en service dans les années 2030. Plusieurs concepts de réacteurs de génération IV sont en développement, mais aucun n'a encore été mis au point à 100%.
Réacteur nucléaire de fusion
Un réacteur nucléaire de fusion est un type de réacteur utilisant la fusion nucléaire. C'est encore en phase de développement, mais on espère qu'il sera plus propre et plus sûr que les réacteurs actuels basés sur la fission nucléaire.
La fusion est la réaction dans laquelle les noyaux atomiques se combinent pour former un noyau plus lourd. Cela libère de l'énergie car la masse totale du nouveau noyau est inférieure à la somme des masses des noyaux initiaux.