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J.Ch.Abbé REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique

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1 J.Ch.Abbé REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique

2 STRUCTURE DE LA MATIERE Matériau m 1Noyau m Atome m Nucléon m noyau électron protonneutronquarks

3 J.Ch.Abbé Stabilité des noyaux

4 TABLEAU DE MENDELEEV

5 ATOMES ET ISOTOPES

6 REACTIONS NUCLEAIRES Projectile + noyau cible noyau formé (+ particule) Proton Neutron Noyau Éventuellement radioactif ( Section efficace de réaction Fonction, entre autres paramètres, de lénergie du projectile

7 Section efficace de réaction

8 LA FISSION

9 Le COMBUSTIBLE : URANIUM uranium naturel uranium naturel 99,3 % 0,7 % U 238 U 235 uranium enrichi uranium enrichi 96,5 % 3,5 % (fissile)

10 LA REACTION EN CHAINE

11 LA FISSION + EXEMPLE PRATIQUE +ENERGIE Uranium 235 L atome de gauche a la même somme de protons et de neutrons que les atomes de droite, pourtant il est plus lourd!!! LA MASSE EN PLUS, C EST DE L ENERGIE, MERCI EINSTEIN!

12 DU MINERAI AU COMBUSTIBLE Extraction du minerai Séparation U (yellow cake) (yellow cake) Enrichissement Pastilles UO 2 Crayon UO 2 Panier combustible

13 ENRICHISSEMENT PAR DIFFUSION GAZEUSE ( Eurodif, Pierrelate) PAR CENTRIFUGATION PAR LASER

14 URANIUM : Réserves mondiales

15 REACTEUR NUCLEAIRE

16 CombustibleCaloporteurModérateur RéacteurTurbineEchangeur FILIERE

17 CombustibleCaloporteurModérateurFILIERE Graphite/ gaz U naturel Graphite CO 2 Eau lourde U naturel Eau lourde Eau lourde Eau U enrichi Eau Eau PWR - BWR Neutrons rapides Plutonium + Sodium Surrégénateur Uranium Filière

18 ASSEMBLAGE DU COMBUSTIBLE

19 AU CŒUR DE LA CENTRALE (CUVE)

20 Jean-Charles ABBEÉnergies pour demain RÉACTEUR NUCLÉAIRE

21 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DUNE CENTRALE NUCLEAIRE EnergieNucléaire U 235 Réacteurnucléaire GV Vapeur/eaucircuitsecondaire Turbine Energieélectrique EauCircuitPrimaire Energiethermo-dynamique Energiecalorifique Energiemécanique Turbine Alternateur

22 LE RÉACTEUR : UNE MACHINE THERMIQUE

23 Barre de pilotage Barre de sécurité Puissance Arrêt Fonctionnement CONTRÔLE DU FONCTIONNEMENT DU REACTEUR

24 BARRIERES ET CONTROLES DE SECURITE Gaines de combustible Cuve du réacteur Enceinte du réacteur Barres de sécurité Adjuvant à leau de refroidissement Coefficient de température négatif

25 FORMATION DE PU 239. SURRÉGÉRATEUR

26

27 CYCLE DU COMBUSTIBLE

28 VOLUME DÉCHETS RADIOACTIFS

29 STOCKAGE EN SURFACE DES DÉCHETS FMA

30 CENTRE DE STOCKAGE DE L AUBE

31 MAQUETTE DUN LABORATOIRE SOUTERRAIN

32 Réacteur de 3 ième génération EPR : European Pressurized Reactor Développement franco allemand des REP :. Sécurité accrue. Rendements améliorés (donc relativement moins de déchets). Durée de vie prolongée (Rentabilité accrue) Réacteurs haute température (HTR) Le PBMR anglo-saxon fonctionne à 900°C et les galets de combustible sont refroidis à lhélium (sûreté accrue, puissance inférieure réacteurs classiques, moins de déchets, rentabilité inférieure)

33 Réacteur de 4 ième génération

34

35 Système à SELS FONDUS

36 RÉACTEUR HYBRIDE : Réactions sur le thorium

37 RÉACTEUR HYBRIDE : la spallation

38 FILIÈRE THORIUM. RÉACTEUR HYBRIDE

39 Déchets radioactifs en fonction du temps selon filière

40 Les réserves duranium dans le monde

41 FUSION

42 La FUSION

43 Les 2 atomes de gauche ont la même somme de protons et de neutrons que l atome de droite ; pourtant, ils sont plus lourds !!! EXEMPLE PRATIQUE ++ DeuteriumTritiumHéliumneutron +ENERGIE 4, * mp 4, * mp dm = 0, * mp E = dm*c2 = 2, J = 17,6 MeV FUSION

44 D + T 4 He (3,14 MeV) + n (14 MeV) D + D T (1 MeV) + p (3 MeV) D + D 3 He (0,8 MeV) + n (2,45 MeV) D + He 4 He (3 MeV) + p (14 MeV) REACTIONS DE FUSION D : deutérium ; T : tritium ; n : neutron 6 Li + n 4 He (2 MeV) + T (2,7 MeV)

45 J.Ch.Abbé CRITERE DE LAWSON DEFINIT LES CONDITIONS NECESSAIRES A LENTRETIEN DE LA REACTION DE FUSION n x T x τ > m -3.keV.s -n : densité du plasma (de lordre de fois celle de lair, particules. m -3 ) en particule.m -3 -T : température du plasma (1 keV=11,6 millions de degrés) -τ : temps de confinement (de l'ordre de la seconde sur ITER)

46 CONFINEMENT MAGNETIQUE les courants électriques utilisés sont de l'ordre de la dizaine de millions d'ampères (pour générer le courant toroïdal).

47 TOKAMAK

48 ITER : INTERNATIONAL THERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOR

49 JET (1997) : Q=0,64 (16 MW récupérés sur 25 MW injectés). Chauffage du plasma Effet joule (150 millions C°) Injection de neutres Par ondes Par particules alpha ITER: Q= MW produit pendant 400 secondes. 50 MW injectés

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51 J.Ch.Abbé Le LASER MEGA JOULE 300m 40 m 60 m 2,5 mm 10 m Laboratoire LMJ à Barp. 240 Faisceaux laser Étude des processus de fusion

52 J.Ch.Abbé COUT DU KWh SELON LE MODE DE PRODUCTION FIOULCHARBONNUCLEAIRE64%79%32% COMBUSTIBLE EXPLOITATION INVESTISSEMENT 8% 13% 13% 23% 19% 49%

53 COUT DU MWh SELON LE MODE DE PRODUCTION CHARBON32 à 33,7 CHARBON32 à 33,7 NUCLEAIRE28,4 NUCLEAIRE28,4 GAZ35 GAZ35 Source : Direction Générale Énergie et Matières Premières Janvier 2004

54 J.Ch.Abbé Conséquences sanitaires de Tchernobyl (1996) J.Cl.Nénot, Directeur de recherche à l IPSN L accident de Tchernobyl est une catastrophe énorme, mais qui a fait et fera peu de victimes. Dix ans après laccident, on peut affirmer avec certitude que 31 personnes sont décédées des suites directes de laccident (sauveteurs), dont 28 des suites de lirradiation, une de brûlure thermique, une de la chute dune dalle en ciment. En ce qui concerne les effets à long terme des rayonnements, la seule conséquence qui ait été mise en évidence est un excès de cancer de la thyroïde chez l enfant. La conséquence principale, à savoir les effets psychologiques, est due à la catastrophe et non aux rayonnements. A lheure actuelle, on dénombre 800 cas de cancers de la thyroïde chez les enfants, dont une dizaine ont entraîné le décès. Il pourrait y avoir quelques milliers de cas avec un taux de mortalité relativement faible (2 à 10%).

55 J.Ch.Abbé Jean-Charles ABBE SUPERPHENIX / COÛT

56 J.Ch.Abbé SUPERPHENIX : FONCTIONNEMENT

57 J.Ch.Abbé

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