Le concept RSF : options de retraitement et performances recherchées

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Judith Côté
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1 Le concept RSF : options de retraitement et performances recherchées Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie, Grenoble

2 Plan Plan de l'exposé I- Présentation du concept II - Type de Sel III - Retraitement ralenti IV - Aspects de sûreté

3 Présentation du concept Caractéristiques d'un RSF combustible : sel de fluorures fondus modérateur : matrice de graphite combustible servant de caloporteur particularité : retraitement en ligne possible Le projet MSBR sel utilisé : LiF - BeF 2 - ThF 4 volume combustible : environ 4 m 3 de sel dont les 2/3 sous flux retraitement : traitement du coeur en 1 jours extraction d'une fraction des PF

4 Présentation du concept Caractéristiques du TMSR : sel utilisé : LiF - ThF 4 géométrie : rayon des canaux : 8.5 cm rayon du coeur : 1.6 m présence d'une couverture en thorium volume combustible : environ 2 m 3 de sel dont les 2/3 sous flux retraitement : traitement du coeur en 6 mois extraction de tous les PF et des TRU canaux de sel réflecteur graphite modérateur graphite couverture Thorium

5 Type de sel Sel utilisé : 78% LiF - 22% ThF 4 Objectif : éviter d'utiliser le Be Conséquences : température de fusion augmentée de 7 C environ densité augmentée : de 3.3 à 4.3 proportion de Noyaux Lourds augmentée : de 12.5% à 22% Problème d'inventaire des Noyaux Lourds : inventaire d'uranium doublé réduction du volume de sel d'un facteur 2 Inventaire d' 233 U : 14 kg au démarrage + 5 kg les premières années

6 Type de sel Influence sur la régénération stock d 233 U (tonnes) LiF - BeF 2 - ThF 4, 4 m 3 de sel LiF - ThF 4, 4 m 3 de sel LiF - ThF 4, 2 m 3 de sel gain par changement de sel perte par changement de taille temps (années) Passage au LiF - ThF 4 (à taille constante) meilleure régénération due à la plus forte proportion de Th Passage à une taille inférieure (à sel identique) dégradation de la régénération due à l'augmentation des fuites

7 Retraitement ralenti bullage Principe du retraitement fluoration extraction extraction PF, sel COEUR U Np 233 U TRU, Pa, Zr stock TRU, 233 U, Zr fluoration Th extraction PF Np TRU, Zr réinjection sel fluoration : réinjection rapide du combustible dans le coeur extraction du Th : rendue possible par le faible débit du retraitement extraction des PF réalisable (sinon très difficile en présence de Th)

8 Retraitement ralenti Influence sur la régénération Stocks d' 233 U concernant le temps et le type de retraitement stock d' 233 U (tonnes) retraitement MSBR (1 jours) retraitement ralenti : TRU et Pa extraits (6 mois) retraitement ralenti : TRU et Pa extraits (1 an) retraitement ralenti : TRU et Pa réinjectés (1 an) seulement le bullage stock d 233 U (tonnes) Stocks d' 233 U en fonction de l'extraction du Zirconium extraction de tous les PF sans extraction du Zr temps (années) temps (années)

9 Aspects de sûreté Rappels : Le coefficient de multiplication dépend de la température des matériaux : k = f(t) On définit le coefficient de température : réacteur stable si dk dt dk dt coefficient de température (pcm / C) Influence du rayon des canaux : (sans couverture thorium) coefficient de température taux de régénération rayon des canaux (cm) fort couplage sûreté / régénération taux de régénération

10 Aspects de sûreté Couverture Thorium Objectif : récupérer les fuites de neutrons pour améliorer la régénération Principe : - couche de sel LiF - ThF 4 sans Uranium (environ une dizaine de m 3 ) - récupération de l' 233 U par une fluoration (+5% de volume à traiter) - bullage nécessaire - sel utilisé pour alimenter le coeur pas de "retraitement ralenti" pour l'extraction des PF

11 Aspects de sûreté stock d 233 U (tonnes) Influence sur la régénération 75% LiF - 25% ThF 4 : SANS couverture thorium 75% LiF - 25% ThF 4 : AVEC couverture thorium 78% LiF - 22% ThF 4 : AVEC couverture thorium perte par changement de composition gain par ajout de la couverture thorium temps (années)

12 Aspects de sûreté La couverture thorium permet de compenser la baisse de régénération due à l'agrandissement des canaux (effet de spectre, diminution des captures dans le graphite...) Taux de régénération pour r = 8.5 cm : sans couverture thorium :.956 avec couverture thorium : 1.2 Le réacteur a un coefficient de température négatif et est régénérateur La régénération n'est plus une contrainte pour la sûreté découplage sûreté / régénération

13 Aspects de sûreté grand rayon de canaux thermalisation plus faible spectre plus dur L'inventaire de matière fissile nécessaire au démarrage augmente fort couplage sûreté / inventaire coefficient de température (pcm / C) Influence du rayon des canaux sur l'inventaire en 233 U (sans couverture thorium) coefficient de température inventaire nécessaire rayon des canaux (cm) inventaire d 233 U nécessaire (tonnes)

14 Conclusions Conclusions - configuration de réacteur :. avec un sel réaliste. avec un retraitement faisable. régénérateur. avec un bon coefficient de température - validations restantes ou en cours:. expériences sur le bullage. thermohydraulique. extraction du Th, des PF et des TRU

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