REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION

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

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

3 Stabilité des noyaux J.Ch.Abbé

4 TABLEAU DE MENDELEEV

5 ATOMES ET ISOTOPES

6 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

7 Section efficace de réaction

8 LA FISSION

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

10 LA REACTION EN CHAINE

11 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

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

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

14 URANIUM : Réserves mondiales

15 REACTEUR NUCLEAIRE

16 FILIERE Combustible Modérateur Caloporteur Réacteur Echangeur Turbine

17 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

18 ASSEMBLAGE DU COMBUSTIBLE

19 AU CŒUR DE LA CENTRALE (CUVE)

20 RÉACTEUR NUCLÉAIRE Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

21 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

22 LE RÉACTEUR : UNE MACHINE THERMIQUE

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

24 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

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

33 Réacteur de 4 ième génération

34 Réacteur de 4 ième génération

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 d’uranium dans le monde

41 FUSION

42 La FUSION

43 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, * mp E = dm*c2 = 2, J = 17,6 MeV 4, * mp 4, * mp EXEMPLE PRATIQUE + + + ENERGIE Deuterium Tritium Hélium neutron FUSION

44 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

45 -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 > 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

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 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

50

51 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

52 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

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

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%). J.Ch.Abbé

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

56 SUPERPHENIX : FONCTIONNEMENT
J.Ch.Abbé

57 J.Ch.Abbé

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