Le concept RSF : options de retraitement et performances recherchées Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie, Grenoble
Plan Plan de l'exposé I- Présentation du concept II - Type de Sel III - Retraitement ralenti IV - Aspects de sûreté
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
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
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
Type de sel Influence sur la régénération stock d 233 U (tonnes) 4 3 2 1 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 2 4 6 8 1 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
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)
Retraitement ralenti Influence sur la régénération Stocks d' 233 U concernant le temps et le type de retraitement stock d' 233 U (tonnes) 4 3 2 1-1 -2-3 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 -1-2 -3-4 -5-6 extraction de tous les PF sans extraction du Zr -4 2 4 6 8 1 temps (années) -7 2 4 6 8 1 temps (années)
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) 2 1-1 -2-3 coefficient de température taux de régénération 4 5 6 7 8 9 rayon des canaux (cm).98.97.96.95.94.93 fort couplage sûreté / régénération taux de régénération
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
Aspects de sûreté stock d 233 U (tonnes) 2-2 -4-6 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 -8 2 4 6 8 1 temps (années)
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
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) 2 1-1 -2-3 coefficient de température inventaire nécessaire 4 5 6 7 8 9 rayon des canaux (cm) 3 2.5 2 1.5 1.5 inventaire d 233 U nécessaire (tonnes)
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