Réacteur à onde progressive - Définition

Introduction

Un réacteur à onde progressive est un réacteur nucléaire particulier qui converti un isotope fertile en isotope fissile par transmutation nucléaire lors de son fonctionnement. Il diffère des autres réacteurs en ce qu'il n'utilise que très peu ou pas du tout d'uranium enrichi contrairement aux réacteurs à neutrons rapides comme les surgénérateurs. Il utile comme combustible, de l'uranium naturel, de l'uranium appauvri ou du thorium. Son nom fait référence au fait que les réactions de fission ne sont pas réparties dans tout le volume du cœur d'une centrale nucléaire mais seulement dans une coque qui se propage du cœur vers l'extérieur.

Histoire

Les réacteurs à onde progressive ont été imaginés dans les années cinquante et ont été étudiés sporadiquement depuis lors. Le concept d'un réacteur qui pourrait produire son propre combustible dans son cœur fut initialement proposée et étudiée en 1958 par Saveli Feinberg, qui le nomma « breed-and-burn » et qu'on appelle en français réacteur surgénérateur. Michael Driscoll publia une recherche supplémentaire sur le concept en 1979, puis Lev Feoktistov in 1988, Edward Teller/Lowell Wood in 1995, Hugo van Dam in 2000, et Hiroshi Sekimoto in 2001.

Aucun réacteur à onde progressive n'a été construit, mais en 2006 la société Intellectual Ventures lança le projet « TerraPower » pour mettre au point et commercialiser une première version de ce type de réacteur. TerraPower est une gamme de réacteurs de faible et moyenne puissance de 300 à 1000 MW. Bill Gates a fait référence à TerraPower pendant sa conférence TED en 2010.

Combustible

Contrairement aux réacteurs à eau pressurisée, les réacteur à onde progressive peuvent être, au moment de leur construction, chargé de suffisamment d'uranium appauvri pour produire de l'énergie pendant toute leur durée de vie. TWRs consume substantielle less uranium than a LWR per unit of electricity generated due to TWRs higher fuel burnup, higher thermal efficiency and higher fuel density. Un réacteur à onde progressive réalise le retraitement « en passant » sans nécessiter l'usage de réactions chimiques complexes comme dans les surgénérateurs classiques. Cela limite les quantités de matières fissiles en circulation et freine du même coup la prolifération nucléaire.

L'uranium appauvri est un sous-produit de l'industrie de séparation isotopique disponible en quantités importantes. En France le stock s'élevait à 250 000 tonnes en 2009.. Comme les autres technologie surgénératrice les réacteurs à onde progressive permettrait d'augmenter considérablement les ressources en combustible nucléaire.

Physique du réacteur

Les publications sur TerraPower décrivent un réacteur de type piscine refroidi au sodium liquide. Le réacteur utilise principalement l'uranium appauvri comme combustible, mais nécessite une petite quantité d'uranium enrichi ou d'une autre matière fissile pour démarrer la réaction de fission. Une partie des neutrons rapides engendrés par les réactions de fission sont absorbés par l'uranium environnant qui est transmuté en plutonium suivant la réaction :

Un cœur de réacteur est donc chargé en matériau fertile et une réaction en chaîne est déclenchée par l'addition localisée d'une petite quantité de matériau fissile. Une fois la réaction démarrée, on distingue quatre parties dans le cœur : une zone appauvrie qui contient des produits de fission et des restes de combustible, la zone où se produit la fission du matériau fertile généré, la zone de surgénération ou le combustible fissile est produit par absorption de neutrons par le combustible fertile et la zone source qui contient le matériau fertile intact. Avec le temps la zone de fission progresse en consommant la matière fertile placée devant elle et laissant des restes de combustion derrière elle. La chaleur produite est transformée en électricité par un dispositif à turbine classique.