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 http://jcabbe.online.fr jcabbe@free.fr

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

3 J.Ch.Abbé Stabilité des noyaux

4 TABLEAU DE MENDELEEV

5 ATOMES ET ISOTOPES

6 LA FISSION

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

8 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!

9 LA REACTION EN CHAINE

10 URANIUM : Réserves mondiales

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

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

13 REACTEUR NUCLEAIRE

14 CombustibleCaloporteurModérateur RéacteurTurbineEchangeur FILIERE

15 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

16 ASSEMBLAGE DU COMBUSTIBLE

17 AU CŒUR DE LA CENTRALE (CUVE)

18 Jean-Charles ABBEÉnergies pour demain RÉACTEUR NUCLÉAIRE

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

20 LE RÉACTEUR : UNE MACHINE THERMIQUE

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

22 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

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24 FORMATION DE PU 239. SURRÉGÉRATEUR

25 CYCLE DU COMBUSTIBLE

26 VOLUME DÉCHETS RADIOACTIFS

27 STOCKAGE EN SURFACE DES DÉCHETS FMA

28 CENTRE DE STOCKAGE DE L’ AUBE

29 MAQUETTE D’UN LABORATOIRE SOUTERRAIN

30 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)

31 Réacteur de 4 ième génération

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33 Système à SELS FONDUS

34 RÉACTEUR HYBRIDE : Réactions sur le thorium

35 RÉACTEUR HYBRIDE : la spallation

36 FILIÈRE THORIUM. RÉACTEUR HYBRIDE

37 FUSION

38 La FUSION

39 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 4,992722 * mp 4,973974 * mp dm = 0,018747 * mp E = dm*c2 = 2,8 10 -12 J = 17,6 MeV FUSION

40 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)

41 J.Ch.Abbé 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) 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)

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

43 TOKAMAK

44 ITER : INTERNATIONAL THERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOR

45 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=10 500 MW produit pendant 400 secondes. 50 MW injectés

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

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

49 J.Ch.Abbé Jean-Charles ABBE

50 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%).

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

52 J.Ch.Abbé SUPERPHENIX : FONCTIONNEMENT

53 J.Ch.Abbé

54 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%).