Combustibles nucléaires

Combustibles nucléaires

Combustible nucléaire

Schéma simplifié de la filière nucléaire

Le combustible nucléaire est le produit qui, contenant des matières fissiles (uranium, plutonium…), fournit l'énergie dans le cœur d'un réacteur nucléaire en entretenant la réaction nucléaire en chaîne de fission nucléaire.

Ces matières fissiles sont utilisées pour la propulsion nucléaire de navires militaires (en particulier les porte-avions) et de sous-marins nucléaires, ainsi que comme combustible dans les centrales nucléaires : un réacteur à eau pressurisée de 1 300 MWe (environ 20 en France) comporte environ 100 tonnes de combustible renouvelé périodiquement, par partie.

Le combustible UOX (Uranium Oxyde) est constitué par des pastilles de dioxyde d'uranium (UO2). Ces pastilles sont empilées dans des tubes en alliage de zirconium. Ces tubes d'environ 4 mètres de longueur sont aussi appelés gaines. L'ensemble pastilles gaine constitue un crayon. Les crayons sont bouchés aux deux extrémités et sont pressurisés avec de l'hélium. Les crayons sont ensuite réunis en assemblages constitués de 264 éléments pour ce qui est des assemblages les plus courant utilisés en France (17 X 17 = 289 - 24 tubes guides - 1 tube d'instrumentation ⇒ soit 264).

Sommaire

Fabrication du combustible

Procédé

Pastilles combustibles

L'étape de fabrication du combustible est destinée à donner aux matières nucléaires la forme physico-chimique adéquate pour une irradiation en réacteur. Les centrales électrogènes utilisent pour la plupart un combustible d'oxyde d'uranium UOX (Uranium OXide). Certaines applications spécifiques requièrent un combustible métallique (réacteurs Magnox par exemple).
L'UF6 enrichi est converti en poudre d'oxyde d'uranium dans un premier temps. L'oxyde d'uranium est ensuite comprimé sous forme de pastilles (de 7 à 8 mm de diamètre pour les REP). Ces pastilles sont elles-mêmes empilées dans un tube : la gaine. Selon le type de réacteur, le gainage est réalisé :

  • en alliage de zirconium, le Zircaloy, qui n'absorbe pas les neutrons thermiques et permet donc de ne pas réduire le bilan neutronique du réacteur en évitant les captures stériles.
  • en acier inoxydable pour les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium (l'acier n'est pas absorbant pour les neutrons rapides) ou pour certains concepts de réacteurs à neutrons thermiques (AGR par exemple). Dans ce dernier cas, ceci demande un surcroît d'enrichissement pour compenser les captures stériles,
  • en aluminium, principalement pour des assemblages expérimentaux.

La gaine est close à ses extrémités par des bouchons pseudo-coniques soudés. Un ressort est situé entre le haut de la colonne fissile et le bouchon supérieur de sorte à assurer le maintien des pastilles. Le crayon ainsi constitué est rempli sous hélium. Ce gaz n'est pas activable et prévient ainsi la formation d'éléments radioactifs gazeux dans l'interstice (ou gap) pastille - gaine.

Assemblage combustible

Les crayons sont ensuite assemblés en réseaux verticaux d'environ 250 (selon le type de réacteur) crayons parallèles. Des grilles horizontales assurent le maintien en faisceaux tandis qu'un dispositif de préhension situé en haut de l'assemblage facilite sa manutention et permet l'accrochage dans le cœur.

Le combustible MOX (mixed-oxyde) est fabriqué à partir du plutonium de retraitement et de l'uranium appauvri produit lors de l'étape d'enrichissement. La forme physico-chimique du combustible est identique à celle de l'oxyde d'uranium (UOX).

Installations industrielles

De nombreux pays disposent d'usines de fabrication de combustible. Les capacités mondiales de fabrication sont de l'ordre de 12 000 tML/an (tML : tonnes de métal lourd) pour le combustible UOX des réacteurs à eau légère et 5 000 tML/an pour le combustible des réacteurs à eau lourde (majoritairement au Canada). Les autres usines de fabrication concernent le combustible AGR (au Royaume-Uni) ainsi que les combustibles MOX pour REP et RNR.

Combustible irradié

Principaux éléments contenus dans les combustibles irradiés[1](en kg/tonne de combustible REP 1300, après 3 ans de refroidissement)

Uranium : 935,548 kg d'enrichissement d'environ 1 %

Actinides Masse (kg)
neptunium 0,43
plutonium 10
américium 0,38
curium 0,042


Réacteur CROCUS de l'EPFL
Produits de fission Masse (kg) Produits de fission Masse (kg)
Kr, Xe 6,0 Tc 0,23
Cs, Rb 3,1 Ru, Rh, Pd 0,86
Sr, Ba 2,5 Ag, Cd, In, Sn, Sb 0,25
Y, La 1,7 Ce 2,5
Zr 3,7 Pr 1,2
Se, Te 0,56 Nd 4,2
Mo 3,5 Sm 0,82
I 0,23 Eu 0,15

Références

  1. CEA - Direction des Programmes Informations sur l'énergie : édition 2004, Direction de la communication du CEA, Paris, 2005

Voir aussi

Ce document provient de « Combustible nucl%C3%A9aire ».

Wikimedia Foundation. 2010.

Contenu soumis à la licence CC-BY-SA. Source : Article Combustibles nucléaires de Wikipédia en français (auteurs)

Игры ⚽ Нужно сделать НИР?

Regardez d'autres dictionnaires:

  • Combustibles fossiles — Combustible fossile Charbon (houille) Un combustible fossile désigne un combustible produit à partir de roches issues de la fossilisation des végétaux vivants en : pétrole, gaz naturel et houille (charbon). Ces combustibles sont présents en… …   Wikipédia en Français

  • Liste des installations nucléaires françaises — La liste des installations nucléaires françaises recense les installations industrielles ayant en France le statut d Installation nucléaire de base (INB), et autorisées en tant que telles par l Autorité de sûreté nucléaire (ASN). Elles sont… …   Wikipédia en Français

  • NUCLÉAIRE (INDUSTRIE) - Réacteurs nucléaires — De nombreuses réactions nucléaires sont exothermiques et l’énergie dégagée est, par unité de masse, environ un million de fois plus grande que dans les réactions chimiques qui, elles, ne font intervenir que les électrons périphériques des atomes; …   Encyclopédie Universelle

  • Liste d'accidents nucléaires — Chemins de contamination radioactive par l air vers l être humain Sommaire 1 Introduction …   Wikipédia en Français

  • Liste Des Accidents Nucléaires — Chemins de contamination radioactive par l air vers l être humain. Cette liste des accidents nucléaires recense les accidents connus impliquant du matériel nucléaire (voir Accident nucléaire). Dans certains cas, ces accidents ont causé des morts… …   Wikipédia en Français

  • Liste des accidents nucleaires — Liste des accidents nucléaires Chemins de contamination radioactive par l air vers l être humain. Cette liste des accidents nucléaires recense les accidents connus impliquant du matériel nucléaire (voir Accident nucléaire). Dans certains cas, ces …   Wikipédia en Français

  • Liste des accidents nucléaires — Chemins de contamination radioactive par l air vers l être humain. Cette liste des accidents nucléaires recense les accidents connus impliquant du matériel nucléaire (voir Accident nucléaire). Dans certains cas, ces accidents ont causé des morts… …   Wikipédia en Français

  • Compagnie pour l'étude et la réalisation de combustibles atomiques — Création 5 novembre 1957 Forme juridique Société anonyme Siège soc …   Wikipédia en Français

  • Filières nucléaires — Filière nucléaire Une filière nucléaire est une chaîne d activités industrielles nucléaires, allant de l extraction des minerais au traitement des combustibles nucléaires irradiés et des déchets nucléaires. Par rapport au cycle du combustible… …   Wikipédia en Français

  • Déchets nucléaires — Déchet radioactif Production de déchets de la filière électronucléaire Un déchet radioactif est une matière radioactive dont aucun usage n est prévu et dont la dispersion dans l environnement n est pas autorisée. Les déchets radioactifs couvrent… …   Wikipédia en Français

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”