Réacteur nucléaire piloté par accélérateur

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L'Accelerator Driven System ou ADS est un réacteur nucléaire piloté par un accélérateur de particules. Dans un tel système, tout ou partie des neutrons de fissions d'un matériaux sont produits par Spallation d'un noyau lourd (le Plomb par exemple) par des protons issus d'un accélérateur de particules. L'énergie de fission peut être récupérée de manière classique via un échangeur et une turbine.

L'ADS appartient a la famille des réacteurs à neutrons rapides (RNR) et peut être conçu pour une utilisation selon deux modes :

• Comme producteur d'énergie, en brulant du plutonium, du thorium ou de l'uranium selon un cycle direct ou de surgénération. Ce mode a été largement promu sous l'appellation d'amplificateur d'énergie de Rubbia.
• Comme incinérateur (avec ou sans production d'énergie) où l'on brûle les actinides mineurs issus du traitement du combustible nucléaire irradié.

Dans les deux modes, l'ensemble réacteur est sous-critique (généralement avec un niveau choisi par conception entre 0.95 à 0.98) et l'accélérateur amène et règle le flux neutronique à la criticité de 1 (comme incinérateur en revanche, l'accélérateur fait l'intégralité du travail de production de neutrons, d'où la modeste contribution énergétique). Ceci implique que toute réaction s'arrête dès la coupure du flux de l'accélérateur, d'où le nom de 'pilotage par accélérateur'.

L'intérêt d'un ADS réside dans sa faculté à produire des neutrons dans une large gamme d'énergie en fonction de celui du flux de protons issu de l'accélérateur. C'est cet accès à des sections efficaces de fission inaccessibles naturellement qui permet l'incinération de matériaux légers.

Plusieurs expériences sont en cours afin de :

• Valider la fiabilité opérationnelle d'accélérateurs de protons d'1 Gev,
• Étudier la longévité et les matériaux des fenêtres d'interface entre le vide de l'accélérateur et l'eutectique Plomb-Bismuth chaud sous pression,
• Dresser le bilan des produits de fissions involontaire de la spallation du Bismuth et/ou du Plomb à différents niveau d'énergie du flux de l'accélérateur,
• Étudier les configurations géométriques optimale de cœurs en générateur et en incinérateur.

D'autres configurations d'ADS à gaz caloporteur et cibles de spallation interchangeables sont aussi à l'étude.

Discussion des avantages // inconvénients des systèmes ADS

On a présenté les systèmes ADS comme plus fiables que les réacteurs pour la raison simple que la coupure du faisceau de protons arrête toute réaction nucléaire.

Cela étant

• la valeur du k effectif est très proche de 1 (keff = 0,98 donc 2 000 pcm seulement d'anti-réactivité), donc un faible refroidissement après l'arrêt du système pourrait faire en sorte que le système rediverge

• pour une même énergie produite la puissance résiduelle est la même, or cette puissance résiduelle est, en bonne partie, à l'origine du risque de fusion du cœur en cas de défaut de refroidissement après l'arrêt du réacteur

Il est donc incertain que les systèmes ADS soient plus sûrs que les réacteurs sans accélérateur.

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