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

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

J.Ch.Abbé Stabilité des noyaux

TABLEAU DE MENDELEEV

ATOMES ET ISOTOPES

LA FISSION

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

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!

LA REACTION EN CHAINE

URANIUM : Réserves mondiales

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

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

REACTEUR NUCLEAIRE

CombustibleCaloporteurModérateur RéacteurTurbineEchangeur FILIERE

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

ASSEMBLAGE DU COMBUSTIBLE

AU CŒUR DE LA CENTRALE (CUVE)

Jean-Charles ABBEÉnergies pour demain RÉACTEUR NUCLÉAIRE

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

LE RÉACTEUR : UNE MACHINE THERMIQUE

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

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

FORMATION DE PU 239. SURRÉGÉRATEUR

CYCLE DU COMBUSTIBLE

VOLUME DÉCHETS RADIOACTIFS

STOCKAGE EN SURFACE DES DÉCHETS FMA

CENTRE DE STOCKAGE DE L’ AUBE

MAQUETTE D’UN LABORATOIRE SOUTERRAIN

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 l’hélium (sûreté accrue, puissance inférieure réacteurs classiques, moins de déchets, rentabilité inférieure)

Réacteur de 4 ième génération

Système à SELS FONDUS

RÉACTEUR HYBRIDE : Réactions sur le thorium

RÉACTEUR HYBRIDE : la spallation

FILIÈRE THORIUM. RÉACTEUR HYBRIDE

FUSION

La FUSION

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

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)

J.Ch.Abbé CRITERE DE LAWSON DEFINIT LES CONDITIONS NECESSAIRES A L’ENTRETIEN DE LA REACTION DE FUSION n x T x τ > m -3.keV.s -n : densité du plasma (de l’ordre de fois celle de l’air) 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)

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

TOKAMAK

ITER : INTERNATIONAL THERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOR

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

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

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

J.Ch.Abbé Jean-Charles ABBE

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 l’accident, on peut affirmer avec certitude que 31 personnes sont décédées des suites directes de l’accident (sauveteurs), dont 28 des suites de l’irradiation, une de brûlure thermique, une de la chute d’une 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 l’heure 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%).

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

J.Ch.Abbé SUPERPHENIX : FONCTIONNEMENT

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 l’accident, on peut affirmer avec certitude que 31 personnes sont décédées des suites directes de l’accident (sauveteurs), dont 28 des suites de l’irradiation, une de brûlure thermique, une de la chute d’une 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 l’heure 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%).