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Le but des réacteurs électronucléaires

le fonctionnement d’un réacteur nucléaire

   Les réacteurs électronucléaires ont pour but de déclencher et de contrôler des réactions nucléaires de fission, et d’utiliser la chaleur qu’elles dégagent pour produire de l’électricité, via un turboalternateur. Une centrale nucléaire est ainsi constituée de deux parties:

* une partie non-nucléaire, avec notamment la salle des machines (qui contient principalement une ligne d’arbre comprenant les différents étages de la turbine à vapeur ainsi que l’alternateur et le condenseur). Dans cette partie conventionnelle, semblable à celle utilisée dans les centrales thermiques classiques (fonctionnant au gaz, charbon ou fioul), s’écoule un circuit d’eau, cette dernière étant d’abord évaporée (par absorption de la chaleur préalablement produite dans la zone nucléaire), puis elle entraîne une turbine (couplée à un générateur produisant ainsi l’électricité), et enfin condensée (échange avec un refroidisseur: rivière, mer, ou atmosphère via une tour). C’est dans cette partie que l’énergie calorifique dégagée par la fission nucléaire est transformée en énergie mécanique (turbine) puis en énergie électrique (alternateur).

* la zone nucléaire (dans le bâtiment réacteur), où ont lieu les réactions nucléaires, qui produisent la chaleur transférée au circuit d’eau utilisé pour la production d’électricité et qui vient d’être décrit.

   Dans cette zone nucléaire, un "combustible" subit une réaction en chaîne, contrôlée, de fission nucléaire. La chaleur dégagée y est transportée grâce à un "fluide caloporteur". La réaction est contrôlée par des absorbants neutroniques (bore, gadolinium, cadmium...) présents dans les barres de contrôle ou dans le fluide caloporteur.

   Enfin, selon le type de réacteur, la réaction de fission peut se faire avec des neutrons plus ou moins énergétiques:

* Fission par des neutrons lents (neutrons ralentis par une série de collisions sur des noyaux). Du fait qu’ils n’apportent pas l’appoint d’une énergie cinétique importante, les neutrons lents sont capables de ne fissionner qu’une poignée de noyaux fissiles : l’uranium-235 (le seul à exister à l’état naturel), le plutonium-239 et l’uranium-233 par exemple. Mais le rendement de réaction est meilleur qu’avec des neutrons rapides, car ces neutrons lents possèdent une grande probabilité d’être capturés par un noyau fissile, puis de donner une fission. Dans ce type de réacteur nucléaire, il existe alors un élément "modérateur", qui ralentit les neutrons émis par chaque réaction de fission.

Avec un bon modérateur, il est alors possible d’obtenir une réaction en chaîne avec des combustibles à base d’uranium naturel (avec seulement 0,7% d’uranium 235), ou légèrement enrichis (de 3 à 5% d’uranium 235).

* Fission par neutrons rapides (neutrons très énergétiques, tels qu’émis par les réactions de fission). Lorsque ces neutrons interagissent avec un atome, ils sont capables de fissionner non seulement les atomes réputés fissiles, mais aussi des atomes plus lourds comme les actinides mineurs (ce qui réduit la radiotoxicité à long terme du combustible irradié). Par ailleurs, avec des neutrons rapides, il est plus facile de transformer des atomes fertiles (ex: uranium 238) en atomes fissiles (ex: plutonium 239): il est ainsi possible de produire plus de noyaux fissibles qu’il n’en est consommé (c’est la "surgénération"). Cependant, les neutrons rapides sont difficilement capturés par les noyaux: leur probabilité d’interaction est faible. Pour compenser cette faible probabilité d’interagir, il est nécessaire d’avoir un combustible riche en éléments fissiles et des flux intenses de neutrons.

Source: Developpement-durable.gouv.fr

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