REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique http://www.futuroscopie.com jcabbe@free.fr J.Ch.Abbé

STRUCTURE DE LA MATIERE Matériau 10-2 m 1 Noyau 10-14 m 0.000000000001 Atome 10-10 m 0.00000001 Nucléon 10-15 m 0.00000000001 noyau électron proton neutron quarks

Stabilité des noyaux J.Ch.Abbé

TABLEAU DE MENDELEEV

ATOMES ET ISOTOPES

Projectile + noyau cible a noyau formé (+ particule) REACTIONS NUCLEAIRES Projectile + noyau cible a noyau formé (+ particule) s Proton Neutron Noyau Éventuellement radioactif (a,b,g) Section efficace de réaction Fonction, entre autres paramètres, de l’énergie du projectile

Section efficace de réaction

LA FISSION

U 238 U235 Le COMBUSTIBLE : URANIUM uranium naturel 99,3 % 0,7 % (fissile) uranium enrichi 96,5 % 3,5 %

LA REACTION EN CHAINE

LA FISSION 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! EXEMPLE PRATIQUE + + ENERGIE Uranium 235 LA FISSION

DU MINERAI AU COMBUSTIBLE Extraction du minerai Séparation U (yellow cake) Enrichissement Pastilles UO2 Crayon UO2 Panier combustible

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

URANIUM : Réserves mondiales

REACTEUR NUCLEAIRE

FILIERE Combustible Modérateur Caloporteur Réacteur Echangeur Turbine

Combustible Caloporteur Modérateur FILIERE Graphite/ gaz U naturel Graphite CO2 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)

RÉACTEUR NUCLÉAIRE Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE CENTRALE NUCLEAIRE GV Turbine Réacteur nucléaire Alternateur Energie thermo- dynamique calorifique mécanique Energie Nucléaire U 235 Energie électrique Eau Circuit Primaire Vapeur/eau circuit secondaire Turbine PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE CENTRALE NUCLEAIRE

LE RÉACTEUR : UNE MACHINE THERMIQUE

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

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

Réacteur de 4 ième génération

Système à SELS FONDUS

RÉACTEUR HYBRIDE : Réactions sur le thorium

RÉACTEUR HYBRIDE : la spallation

FILIÈRE THORIUM. RÉACTEUR HYBRIDE

Déchets radioactifs en fonction du temps selon filière

Les réserves d’uranium dans le monde

FUSION

La FUSION

FUSION dm = 0,018747 * mp E = dm*c2 = 2,8 10-12 J = 17,6 MeV Les 2 atomes de gauche ont la même somme de protons et de neutrons que l ’atome de droite ; pourtant, ils sont plus lourds !!! dm = 0,018747 * mp E = dm*c2 = 2,8 10-12 J = 17,6 MeV 4,973974 * mp 4,992722 * mp EXEMPLE PRATIQUE + + + ENERGIE Deuterium Tritium Hélium neutron FUSION

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

-n : densité du plasma (de l’ordre de 10-5 fois celle de l’air, CRITERE DE LAWSON DEFINIT LES CONDITIONS NECESSAIRES A L’ENTRETIEN DE LA REACTION DE FUSION n x T x τ > 5.10 21 m-3.keV.s -n : densité du plasma (de l’ordre de 10-5 fois celle de l’air, 1 000 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) J.Ch.Abbé

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

TOKAMAK

ITER : INTERNATIONAL THERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOR

Chauffage du plasma Effet joule (150 millions C°) Injection de neutres Par ondes Par particules alpha JET (1997) : Q=0,64 (16 MW récupérés sur 25 MW injectés). ITER: Q=10 500 MW produit pendant 400 secondes. 50 MW injectés

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

COUT DU KWh SELON LE MODE DE PRODUCTION FIOUL CHARBON NUCLEAIRE COMBUSTIBLE 79% 64% 32% 19% 13% EXPLOITATION 8% 13% 23% 49% INVESTISSEMENT COUT DU KWh SELON LE MODE DE PRODUCTION J.Ch.Abbé

COUT DU MWh SELON LE MODE DE PRODUCTION NUCLEAIRE 28,4 € CHARBON 32 à 33,7 € GAZ 35 € Source : Direction Générale Énergie et Matières Premières Janvier 2004

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

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

SUPERPHENIX : FONCTIONNEMENT J.Ch.Abbé

J.Ch.Abbé