Réacteur nucléaire à sels fondus - Définition
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Historique
Des recherches sur les réacteurs à sels fondus ont commencé aux États-Unis avec le projet Aircraft Reactor Experiment (ARE), une recherche étudiant la faisabilité de réacteurs d'aéronefs. Ce projet visait un réacteur de 2,5 MWth avec une haute densité de puissance pour pouvoir être utilisé comme moteur dans un bombardier nucléaire. Le projet a donné lieu à plusieurs réacteurs expérimentaux, dont l'un fut un réacteur à sel fondu NaF-ZrF4-UF4 (53-41-6 mol%). Le modérateur était de l'oxyde de béryllium (BeO), le refroidissement secondaire était assuré par du sodium liquide, et la température du cœur était de 860 ° C. Il a fonctionné pendant 1000 heures en 1954.
Dans les années 1960, la recherche sur les réacteurs à sel fondu a été essentiellement conduite par le Laboratoire national d'Oak Ridge, et une grande partie de leurs travaux aboutissant au « réacteur expérimental à sel fondu » (Molten Salt Reactor Experiment - MSRE). Le MSRE a été un réacteur d'essai de 7,4 MWth, destiné à simuler la neutroniques (en neutrons épithermiques) du cœur d'un réacteur surgénérateur au thorium intrinsèquement sûr. Le MSRE a été critique en 1965 et a fonctionné quatre ans. Son carburant était un sel Lif-BeF2-ZrF4-UF4 (65-30-5-0.1), modéré au graphite pyrolytique, et son liquide de refroidissement secondaire était du FLiBe (2LiF-BeF2). Il a atteint 650°C et fut exploités à pleine puissance pendant à peu près un an et demi. Des essais furent également faits avec des sels de plutonium.
Le carburant liquide 233UF4 qui a été testé a démontré la faisabilité et le caractère très attractif d'un cycle du combustible nucléaire fondé sur le thorium, qui minimise les déchets, des déchets radioactifs produits ayant une demi-vie de moins de 50 ans. D'autre part, la température de fonctionnement du réacteur à 650°C permet un bon rendement thermique des moteurs alimentés, par exemple des turbines à gaz.
Ces recherches ont abouti dans la période 1970-76 à une conception MSR qui utiliserait le sel Lif BeF2-ThF4-UF4 (72-16-12-0.4) comme carburant, modéré par du graphite remplacé tous les quatre ans, et utilisant du NaF-NaBF4 comme liquide de refroidissement secondaire, avec une température de cœur de 705°C. Toutefois, à ce jour, ce réacteur à sels fondus reste un "produit papier".
Les réacteurs à sels fondus constituent l'une des options de recherche retenues dans le cadre du Forum International Generation IV.
Autres applications des sels fondus
Dans la production énergétique, les sels fondus sont envisagés en tant que caloporteur pour des centrales solaires à concentrateur. Certaines contraintes technologiques sont proches des problématiques rencontrées dans le cadre du développement des réacteurs nucléaires à sels fondus. Il s'agit en particulier de la tenue à la corrosion des matériaux en contact avec les sels fondus à haute température.
Cycle du combustible
Comme pour les réacteurs rapides, des cycles uranium 238/plutonium ou thorium/uranium 233 sont envisageables. Considérant les bonnes propriétés neutroniques de l'uranium 233 en spectre thermique et épithermique, le cycle au thorium est privilégié.
Un scénario de transition du parc REP vers un parc de RSF surrégénérateurs thorium/uranium 233 consisterait ainsi à brûler le plutonium existant en REP sur matrice thorium de sorte à constituer un stock d'uranium 233 pour le démarrage de RSF. L'avantage d'un cycle à base d'uranium 233 est de ne pas introduire d'uranium 238 en RSF et ainsi de limiter la production de plutonium et d'actinides mineurs, ce qui est favorable du point de vue déchets.
