reactions nucleaires de fission et de fusion. applications dans le domaine énergétique
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REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique. http://www.futuroscopie.com. [email protected]. neutron. proton. quarks. noyau. électron. Matériau 10 -2 m 1. Atome 10 -10 m 0.00000001. Noyau 10 -14 m 0.000000000001. Nucléon 10 -15 m - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
J.Ch.Abbé
REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétiqueApplications dans le domaine énergétique
http://www.futuroscopie.com
STRUCTURE DE LA MATIERESTRUCTURE DE LA MATIERE
Matériau Matériau 1010-2-2 m m
11
Noyau Noyau 1010-14-14 m m
0.0000000000010.000000000001
AtomeAtome1010-10-10 m m
0.000000010.00000001
NucléonNucléon1010-15-15 m m
0.000000000010.00000000001
noyaunoyau
électronélectron
protonprotonneutronneutron
quarksquarks
J.Ch.Abbé
Stabilité des noyauxStabilité des noyaux
TABLEAU DE MENDELEEVTABLEAU DE MENDELEEV
ATOMES ET ISOTOPESATOMES ET ISOTOPES
REACTIONS NUCLEAIRESREACTIONS NUCLEAIRES
Projectile + noyau cible noyau formé (+ particule)
Proton
Neutron
Noyau
Éventuellement radioactif (
Section efficace de réaction
Fonction, entre autres paramètres,
de l’énergie du projectile
Section efficace de réactionSection efficace de réaction
LA FISSIONLA FISSION
Le COMBUSTIBLE : URANIUMLe COMBUSTIBLE : URANIUM
uranium uranium naturelnaturel 99,3 % 0,7 %
U 238 U235
uranium uranium enrichienrichi 96,5 % 3,5 %
(fissile)
LA REACTION EN CHAINELA REACTION EN CHAINE
LA FISSIONLA FISSION
++
EXEMPLE PRATIQUEEXEMPLE PRATIQUE
++ ENERGIEENERGIE
Uranium 235Uranium 235
L ’ atome de gauche a la même L ’ atome de gauche a la même somme de protons et de neutrons que somme de protons et de neutrons que les atomes de droite, pourtant il est plus lourd!!!les atomes de droite, pourtant il est plus lourd!!!
LA MASSE EN PLUS, C ’EST DELA MASSE EN PLUS, C ’EST DEL ’ENERGIE, MERCI EINSTEIN!L ’ENERGIE, MERCI EINSTEIN!
DU MINERAI AU COMBUSTIBLEDU MINERAI AU COMBUSTIBLE
Extraction du mineraiExtraction du mineraiSéparation USéparation U
(yellow cake)(yellow cake)
EnrichissementEnrichissementPastilles UOPastilles UO22
Crayon UOCrayon UO22
Panier combustiblePanier combustible
ENRICHISSEMENTENRICHISSEMENT
PAR DIFFUSION GAZEUSE ( Eurodif, Pierrelate)
PAR CENTRIFUGATION
PAR LASER
URANIUM : Réserves mondialesURANIUM : Réserves mondiales
REACTEUR NUCLEAIREREACTEUR NUCLEAIRE
Combustible CaloporteurModérateur
Réacteur TurbineEchangeur
FILIEREFILIERE
Combustible CaloporteurModérateur
FILIEREFILIERE
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 COMBUSTIBLEASSEMBLAGE DU COMBUSTIBLE
AU CŒUR DE LA CENTRALE (CUVE)AU CŒUR DE LA CENTRALE (CUVE)
Jean-Charles ABBEÉnergies pour demain
RÉACTEUR NUCLÉAIRERÉACTEUR NUCLÉAIRE
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE CENTRALE NUCLEAIRECENTRALE NUCLEAIRE
Energie Energie NucléaireNucléaire
U 235U 235
RéacteurRéacteurnucléairenucléaire
GVGV
Vapeur/eauVapeur/eaucircuitcircuit
secondairesecondaire
TurbineTurbine
Energie Energie électriqueélectrique
EauEauCircuitCircuit
PrimairePrimaire
Energie Energie thermo-thermo-
dynamiquedynamique
Energie Energie calorifiquecalorifique
Energie Energie mécaniquemécanique
TurbineTurbine
AlternateurAlternateur
LE RÉACTEUR : UNE MACHINE THERMIQUELE RÉACTEUR : UNE MACHINE THERMIQUE
Barre de
pilotage
Barre de sécurité
Puissance Arrêt
Fonctionnement
CONTRÔLE DU FONCTIONNEMENT DU REACTEURCONTRÔLE DU FONCTIONNEMENT DU REACTEUR
BARRIERES ET CONTROLES DE SECURITEBARRIERES ET CONTROLES DE SECURITE
Gaines de combustibleGaines de combustible
Cuve du réacteurCuve du réacteur
Enceinte du réacteurEnceinte du réacteur
Barres de sécuritéBarres de sécurité
Adjuvant à l’eau de refroidissementAdjuvant à l’eau de refroidissement
Coefficient de température négatifCoefficient de température négatif
FORMATION DE PU 239. SURRÉGÉRATEURFORMATION DE PU 239. SURRÉGÉRATEUR
CYCLE DU COMBUSTIBLECYCLE DU COMBUSTIBLE
VOLUME DÉCHETS RADIOACTIFSVOLUME DÉCHETS RADIOACTIFS
STOCKAGE EN SURFACE DES DÉCHETS FMASTOCKAGE EN SURFACE DES DÉCHETS FMA
CENTRE DE STOCKAGE DE L’ AUBECENTRE DE STOCKAGE DE L’ AUBE
MAQUETTE D’UN LABORATOIRE SOUTERRAINMAQUETTE D’UN LABORATOIRE SOUTERRAIN
Réacteur de 3 ième Réacteur de 3 ième générationgénérationEPR : 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 Réacteur de 4 ième générationgénération
Réacteur de 4 ième génération
Système à SELS FONDUSSystème à SELS FONDUS
RÉACTEUR HYBRIDE : Réactions sur le thoriumRÉACTEUR HYBRIDE : Réactions sur le thorium
RÉACTEUR HYBRIDE : la spallationRÉACTEUR HYBRIDE : la spallation
FILIÈRE THORIUM. RÉACTEUR HYBRIDE
Déchets radioactifs en fonction du temps selon filière
Les réserves d’uranium dans le mondeLes réserves d’uranium dans le monde
FUSIONFUSION
La FUSIONLa FUSION
Les 2 atomes de gauche ont la même somme de protons et de neutrons que Les 2 atomes de gauche ont la même somme de protons et de neutrons que l ’atome de droite ; pourtant, ils sont plus lourds !!!l ’atome de droite ; pourtant, ils sont plus lourds !!!
EXEMPLE PRATIQUEEXEMPLE PRATIQUE
++ ++
DeuteriumDeuterium TritiumTritium HéliumHélium neutronneutron
++ ENERGIEENERGIE
4,992722 * mp4,992722 * mp
4,973974 * mp4,973974 * mp
dm = 0,018747 * mpdm = 0,018747 * mp
E = dm*c2 = 2,8 10E = dm*c2 = 2,8 10-12-12 J = 17,6 MeV J = 17,6 MeV
FUSIONFUSION
D + T 4He (3,14 MeV) + n (14 MeV)
D + D T (1 MeV) + p (3 MeV)
D + D 3He (0,8 MeV) + n (2,45 MeV)
D + He 4 He (3 MeV) + p (14 MeV)
REACTIONS DE FUSIONREACTIONS DE FUSION
D : deutérium ; T : tritium ; n : neutron
6 Li + n 4 He (2 MeV) + T (2,7 MeV)
J.Ch.Abbé
CRITERE DE LAWSONCRITERE DE LAWSON
DEFINIT LES CONDITIONS NECESSAIRES A L’ENTRETIEN DE LA REACTION DE FUSION
n x T x τ > 5.10 n x T x τ > 5.10 2121 mm-3-3.keV.s.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)
CONFINEMENT MAGNETIQUECONFINEMENT MAGNETIQUE
les courants électriques utilisés sont de l'ordre de la dizaine de millions d'ampères
(pour générer le courant toroïdal).
TOKAMAKTOKAMAK
ITER : INTERNATIONAL THERMONUCLEAR ITER : INTERNATIONAL THERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOREXPERIMENTAL REACTOR
JET (1997) : Q=0,64
(16 MW récupérés sur 25 MW injectés).
Chauffage du plasma
• Effet joule (150 millions C°)
• Injection de neutres
• Par ondes
• Par particules alpha
ITER: Q=10
500 MW produit pendant 400 secondes. 50 MW injectés
J.Ch.Abbé
Le LASER MEGA JOULELe LASER MEGA JOULE
300m
40 m
60 m
2,5 mm
10 m
Laboratoire LMJ à Barp.
240 Faisceaux laser
Étude des processus de fusion
J.Ch.AbbéCOUT DU KWh SELON LE MODE DE COUT DU KWh SELON LE MODE DE
PRODUCTIONPRODUCTION
FIOULFIOUL CHARBONCHARBON NUCLEAIRENUCLEAIRE
64%64%79%79% 32%32%COMBUSTIBLECOMBUSTIBLE
EXPLOITATIONEXPLOITATION
INVESTISSEMENTINVESTISSEMENT
8%8%
13%13%
13%13%
23%23%
19%19%
49%49%
COUTCOUT DU MWh SELON LE MODE DE PRODUCTION DU MWh SELON LE MODE DE PRODUCTION
CHARBONCHARBON 32 à 33,7 €32 à 33,7 €
NUCLEAIRENUCLEAIRE 28,4 €28,4 €
GAZGAZ 35 €35 €
Source : Direction Générale Énergie et Matières Premières
Janvier 2004
J.Ch.Abbé
Conséquences sanitaires de Tchernobyl (1996)Conséquences sanitaires de Tchernobyl (1996)
J.Cl.Nénot, Directeur de recherche à l ’IPSNJ.Cl.Nénot, Directeur de recherche à l ’IPSN
L ’accident de Tchernobyl est une L ’accident de Tchernobyl est une catastrophe énormecatastrophe énorme, mais , mais qui a fait et fera peu de victimesqui a fait et fera peu de victimes. Dix ans après l’accident, on . Dix ans après l’accident, on peut affirmer avec certitude que 31 personnes sont décédées peut affirmer avec certitude que 31 personnes sont décédées des suites directes de l’accident (sauveteurs), dont 28 des des suites directes de l’accident (sauveteurs), dont 28 des suites de l’irradiation, une de brûlure thermique, une de la suites de l’irradiation, une de brûlure thermique, une de la chute d’une dalle en ciment. En ce qui concerne les effets à chute d’une dalle en ciment. En ce qui concerne les effets à long terme des rayonnements, long terme des rayonnements, la seule conséquence qui ait la seule conséquence qui ait été mise en évidence est un excès de cancer de la thyroïdeété mise en évidence est un excès de cancer de la thyroïde chez l ’enfant. La conséquence principale, à savoir les effets chez l ’enfant. La conséquence principale, à savoir les effets psychologiques, est due à la catastrophe et non aux psychologiques, est due à la catastrophe et non aux rayonnements. A l’heure actuelle, on dénombre rayonnements. A l’heure actuelle, on dénombre 800 cas de 800 cas de cancers de la thyroïde chez les enfants, dont une dizaine ont cancers de la thyroïde chez les enfants, dont une dizaine ont entraîné le décèsentraîné le décès. Il pourrait y avoir quelques milliers de cas . Il pourrait y avoir quelques milliers de cas avec un taux de mortalité relativement faible (2 à 10%).avec un taux de mortalité relativement faible (2 à 10%).
J.Ch.AbbéJean-Charles ABBE
60 Milliards Construction 26 milliards 2 Charges combustible 2 Fct 1986/2000 (1 M/an) 14 Démantèlement Post exploitation Retraitement combustible Charges financières 15 milliards COÛT DE CONSTRUCTION : 30 GF La moitié à la charge de la France ; coût entièrement supporté par cinq compagnies privées d'électricité (française, italienne, allemande, belge, hollandaise)
SUPERPHENIX / COÛTSUPERPHENIX / COÛT
J.Ch.Abbé
De 86 (mise en route) à 1996 : 2 PROBLEMES TECHNI QUES* ARRET 2 ANS ATTENTE AUTORISATION 4,5 ANS FONCTIONNEMENT 4,5 ANS * DEFAUT SUR PARTI E ANNEXE
(Barillet stockage du combustible usé) * RENTREE D'AIR DANS SODIUM - 6 mois pour la purification - 4 ans 1/2 pour le redémarrage
SUPERPHENIX : FONCTIONNEMENTSUPERPHENIX : FONCTIONNEMENT
J.Ch.Abbé
Eolienne Centrale Nuc Nuc / éolien
Puissance (MW) 2.5 1 400 560
Rendement (%) 33 80
Puissance eff (MW) 0.8 1 100 1 375