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Types de réacteurs nucléaires

Types de réacteurs nucléaires

Les réacteurs nucléaires peuvent être classés selon différents critères. L'un des critères est la raison pour laquelle ils seront utilisés. À cet égard, nous distinguons les types de réacteurs nucléaires utilisés à des fins civiles, à des fins militaires ou à des fins de recherche.

Les réacteurs nucléaires civils utilisent l'énergie nucléaire pour produire de l'électricité; Les réacteurs militaires créent des matériaux pouvant être utilisés dans les armes nucléaires telles que la bombe atomique; et les réacteurs nucléaires de recherche utilisés pour développer des technologies de production d'armes ou d'énergie, à des fins de développement, d'expérimentation en physique nucléaire et de production de radio-isotopes à des fins de médecine et de recherche. Certains réacteurs ont un double objectif, car ils sont utilisés pour la production d'énergie civile et de matériel militaire.

Les réacteurs de recherche utilisent les neutrons générés lors des réactions de fission nucléaire pour produire de radio-isotopes qui doivent être utilisés dans d'autres applications de l'énergie nucléaire comme la médecine nucléaire ou à l'étude des matériaux.

Classification des types de réacteurs nucléaires par caractéristiques techniques.

Il existe d'autres classifications de types de réacteurs nucléaires en fonction des critères utilisés. Parmi les critères les plus courants figurent:

Selon le combustible nucléaire utilisé, on trouve les réacteurs nucléaires à l'uranium naturel et les réacteurs nucléaires à l'uranium enrichi. Le combustible nucléaire d'uranium naturel contient la même proportion d'uranium que l'on trouve dans la nature, tandis que dans le combustible d'uranium enrichi, cette proportion est augmentée artificiellement. D'autres réacteurs utilisent des oxydes mixtes d'uranium et de plutonium.

En fonction de la vitesse des neutrons, c'est-à-dire de leur énergie cinétique, produite dans les réactions nucléaires de fission: on distingue les réacteurs rapides et les réacteurs thermiques.

Selon le modérateur utilisé, il peut s'agir de réacteurs nucléaires à eau lourde, d'eau légère ou de graphite.

Selon le matériau utilisé comme liquide de refroidissement: les matériaux les plus courants sont un gaz (hélium ou dioxyde de carbone) ou de l'eau (légère ou lourde). Parfois, ces matériaux agissent également en même temps comme modérateurs de neutrons. Vous pouvez également utiliser de la vapeur d'eau, des sels fondus, de l'air ou des métaux liquides comme agent de refroidissement.

Les réacteurs nucléaires peuvent également être distingués par le type de réaction nucléaire. L'énergie nucléaire peut être obtenue de deux manières: par des réactions de fission nucléaire ou par des réactions de fusion nucléaire. En tout état de cause, à l'heure actuelle, tous les réacteurs nucléaires en production sont des réacteurs à fission nucléaires. Le réacteur de fusion nucléaire est en phase de développement. Dans cette ligne, le projet ITER, qui est un réacteur nucléaire à fusion en France, a des fins de recherche et de développement sur ce type de technologie d'énergie nucléaire.

Réacteurs nucléaires

Les réacteurs nucléaires reposent sur l'utilisation de l'énergie thermique générée dans les réactions de fission nucléaire. L'application principale et la plus connue de ce type de réacteurs est la production d'électricité dans les centrales nucléaires. Cependant, ces réacteurs sont également utilisés pour le dessalement de l'eau de mer, le chauffage ou les systèmes de propulsion.

Les différences entre les différents types de centrales nucléaires reposent sur le fonctionnement du réacteur nucléaire, qu'il utilise pour produire de l'électricité.

Toutes les centrales nucléaires utilisent un ou plusieurs réacteurs nucléaires pour générer de la chaleur. Cette chaleur sous forme d'énergie thermique est utilisée pour générer de la vapeur via certains processus thermodynamiques et enfin pour faire fonctionner une turbine. La caractéristique qui différencie une centrale nucléaire d'une autre repose sur le fonctionnement du réacteur nucléaire. Parmi les différentes façons de faire fonctionner les réacteurs, nous avons une nouvelle classification des types de réacteurs nucléaires.

Réacteur à eau sous pression (REP)

Réacteur nucléaire à eau sous pression.  Type de réacteur.

Le réacteur à eau sous pression (connu sous son acronyme anglais PWR) est le réacteur nucléaire le plus utilisé au monde après le réacteur à eau bouillante (BWR). Ce réacteur a été développé principalement aux États-Unis, en Allemagne, en France et au Japon.

Le combustible nucléaire utilisé est de l'uranium enrichi en 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 à haute pression dans un échangeur de chaleur. Le réacteur nucléaire repose sur le principe selon lequel l'eau soumise à des pressions élevées peut s'évaporer sans atteindre le point d'ébullition, c'est-à-dire à des températures supérieures à 100 ° C. Dans l'échangeur, la vapeur refroidit et se condense et retourne dans le réacteur à l'état liquide.

Dans l'échange, il y a un transfert thermodynamique de chaleur vers un circuit d'eau secondaire. L'eau du circuit secondaire est convertie en vapeur à haute pression en raison de la quantité d'énergie thermique reçue dans l'échangeur. La vapeur est introduite dans une turbine pour convertir cette énergie en énergie mécanique et alimenter un générateur électrique.

Réacteur à eau bouillante (BWR)

Le réacteur à eau bouillante (connu sous l'acronyme anglais BWR) est également fréquemment utilisé. Technologiquement, il a été développé principalement aux États-Unis, en Suède et en Allemagne.

Dans ce type de réacteur nucléaire, l'eau sert de réfrigérant et de modérateur.

Le combustible nucléaire utilisé est de l'uranium enrichi en oxyde car il facilite la génération de fission nucléaire.

L'énergie thermique générée par les réactions en chaîne de fission nucléaire est utilisée pour faire bouillir l'eau. La vapeur produite est introduite dans une turbine qui entraîne un générateur électrique. La vapeur qui quitte la turbine passe dans un condenseur où elle est reconvertie en eau liquide. Plus tard, il retourne au réacteur nucléaire entraîné par une pompe appropriée.

Réacteur d'uranium naturel, de gaz et de graphite (GCR)

Le réacteur à uranium naturel, à gaz et à graphite est un type de réacteur nucléaire qui utilise l'uranium naturel sous forme de métal comme combustible nucléaire. Le carburant est introduit dans des tubes d'un alliage de magnésium appelé magnox.

Le modérateur à neutrons utilisé est le graphite. Le refroidisseur thermique est du gaz, en particulier du dioxyde de carbone.

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 mis au point au Royaume-Uni à partir du réacteur nucléaire à gaz d'uranium-graphite naturel.

La principale nouveauté est 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 à haute température refroidi au gaz (HTGCR)

Le réacteur nucléaire refroidi au gaz à haute température est une nouvelle évolution des réacteurs nucléaires refroidis au gaz. Ce type de réacteur nucléaire est développé en RF allemand, au Royaume-Uni et aux États-Unis.

Les différences par rapport au réacteur à gaz nucléaire avancé (AGR) sont principalement de trois:

  • l'hélium est remplacé par le dioxyde de carbone en tant que 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 (HWR)

Le réacteur nucléaire à eau lourde est un type de réacteur nucléaire développé principalement au Canada.

Le combustible utilisé pour obtenir de l'énergie nucléaire est l'uranium naturel, sous forme d'oxyde, qui est introduit dans des tubes en alliage de zirconium.

La principale caractéristique du réacteur à eau lourde est l'utilisation d'eau lourde comme modérateur et agent de refroidissement.

Dans sa conception la plus courante, les tubes de combustible nucléaire sont introduits 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 dans lesquels circule de l'eau légère.

Réacteur surgénérateur rapide (FBR)

Il existe plusieurs types de réacteurs FBR, les plus avancés étant le russe et le français.

La principale caractéristique des réacteurs rapides est qu'ils n'utilisent pas de modérateurs de neutrons et que, par conséquent, la plupart des fissions nucléaires sont produites par des neutrons rapides.

Le noyau de ce type de réacteur nucléaire est constitué d'une zone fissible, entourée d'une zone fertile dans laquelle l'uranium naturel est transformé en plutonium. Le cycle de l'uranium 233-thorium peut également être utilisé.

Le réfrigérant est du sodium liquide, la vapeur est produite dans les échangeurs de chaleur. Votre nom « joueur » est parce que dans la quantité plus grande zone fertile de matières fissiles que consomme le réacteur en fonctionnement, ce dernier carburant que ce qui est passé se produit.

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Références

CCHEN - Tipos de Reactores Nucleares

Dernier examen: 14 février 2019