Les réacteurs à neutrons rapides sont un développement unique des scientifiques russes et l'avenir de l'ensemble de l'industrie nucléaire

L'atome pacifique est l'un des piliers de l'énergie mondiale, sans lequel la société moderne est tout simplement impossible. Malgré tous les avantages des centrales nucléaires existantes, le principal défaut a été et reste le stockage du combustible nucléaire usé.

Il semble que ce problème sera également résolu - grâce au développement unique en Russie d'un cycle du combustible nucléaire fermé, dont la mise en œuvre est possible dans les réacteurs nucléaires utilisant des neutrons rapides.

Quel est le problème de l'énergie nucléaire moderne

Ainsi, l'atome pacifique sert l'humanité pour produire de l'électricité dans le monde entier depuis plus d'une douzaine d'années. Mais il y a un problème très grave. Tout l'uranium naturel ne convient pas comme combustible pour les réacteurs nucléaires.

L'uranium 238 est répandu dans la nature (92 protons, 146 neutrons) et sa part dans les réserves mondiales est de 99,3% de l'uranium total sur Terre. Mais il ne convient tout simplement pas aux réacteurs nucléaires comme combustible.

Seul le 0,7% restant de l'offre mondiale sous forme d'uranium 235 (92 protons, 143 neutrons) peut servir de combustible. Mais même cette partie restante de l'uranium ne peut pas être simplement prise et chargée dans le réacteur. Il doit être pré-enrichi et la part de l'uranium 235 dans la masse totale d'uranium 238 multipliée par environ 700.

Il s'avère que, malgré les immenses réserves mondiales, l'uranium réellement propice au combustible suffira, selon les calculs moyens, pour seulement 50 ans.

Tout n'est pas aussi sombre qu'il y paraît à première vue. L'uranium 238 peut encore être adapté pour les réacteurs nucléaires. Certes, pour cela, il est nécessaire de convertir l'uranium-238 en plutonium-239, et ce processus n'est possible que lorsqu'il est exposé à des neutrons rapides.

Il s'avère que cette transformation n'est pas facile. Après tout, la plupart des réacteurs modernes fonctionnent avec des neutrons «lents», qui sont délibérément ralentis, car l'uranium 235 «ne veut pas communiquer» avec les neutrons rapides. Mais l'uranium 238, au contraire, n'est pas impliqué dans le processus de transformation des neutrons lents.

Il n’est pas économiquement possible d’effectuer séparément la transformation de l’uranium 238 en plutonium 239. Il est beaucoup plus efficace d'utiliser pour cela les neutrons dits supplémentaires, qui se forment lors de la réaction de désintégration. Par conséquent, dans les réacteurs modernes, ils sont spécialement éliminés à l'aide d'absorbeurs.

Nous devons donc combiner l'uranium 238 «indésirable» et l'uranium 235 «correct» en un seul endroit - un réacteur atomique. Et puis il sera possible à la fois de produire de l'électricité et de transformer spécifiquement l'uranium 238 «inutile» en nouveau combustible nucléaire pour les réacteurs. Mais une condition préalable à cela est le fait qu'il (le réacteur) doit fonctionner sur des neutrons rapides.

Mais la création d'un tel réacteur à neutrons rapides vraiment fonctionnel s'est avérée être un gros problème pour de nombreux ingénieurs. Et seuls les ingénieurs-scientifiques russes ont fait face à la tâche.

Réacteurs à neutrons rapides, quelle est leur caractéristique

Nous avons donc besoin d'un réacteur fonctionnant à l'uranium 235 et en même temps, nous devons le faire fonctionner avec des neutrons rapides. Pour que cela soit possible, il est nécessaire d'augmenter considérablement la densité du flux de neutrons (afin que l'uranium 235 devienne plus disposé à interagir avec les neutrons rapides).

Cela signifie qu'un combustible plus enrichi devra être utilisé, tandis que le régime de température et les flux de neutrons seront nettement plus durs - des matériaux plus stables seront nécessaires.

De plus, les matériaux qui ralentissent les neutrons doivent être évités. Autrement dit, la version classique - l'eau - ne convient pas dans ce cas, car elle ralentit parfaitement les neutrons.

C'est pourquoi le mercure a été utilisé comme fluide de refroidissement dans les premières étapes du développement des réacteurs rapides, mais cette option a été rapidement abandonnée en raison de la forte toxicité du métal.

Dans les étapes suivantes des expériences, ils ont essayé des métaux tels que le plomb, le bismuth et le sodium.

Les matières les plus prometteuses étaient le sodium et le plomb. Et à la première étape, les ingénieurs soviétiques ont réussi à «apprivoiser» le sodium.

Le premier réacteur à neutrons rapides commercial et pleinement opérationnel était le réacteur soviétique BN-600. Et déjà en 2015, Rosatom a lancé le réacteur BN-800 (sodium). Il s'agit d'un réacteur unique en son genre, déjà adapté pour fonctionner au plutonium avec un cycle de reproduction fermé complet.

Quel est l'avantage des réacteurs rapides

Des calculs préliminaires montrent que grâce à cette technologie, le pourcentage de combustible nucléaire adapté aux réacteurs passe de 0,7% à 30%.

Par conséquent, les réserves effectives de carburant augmenteront environ 43 fois, ce qui signifie qu'elles devraient être suffisantes non pas pendant 50 ans, mais pendant plus de deux millénaires. Je pense qu'il y a une différence même avec un calcul très approximatif.

En outre, ces réacteurs sont capables de fonctionner pleinement avec du combustible nucléaire usé à partir de réacteurs, qui promet une solution au plus gros mal de tête des écologistes - comment se débarrasser du nucléaire usé carburant.

De plus, ces réacteurs sont beaucoup plus sûrs. Après tout, ils utilisent du sodium au lieu de l'eau chauffée sous haute pression. Le sodium devient liquide à 100 degrés Celsius et ne passe au stade d'ébullition qu'à 900 degrés.

Rappelons-nous le fonctionnement du système de refroidissement sur les réacteurs nucléaires «conventionnels». Là, l'eau sous une pression énorme agit comme un liquide de refroidissement. De toute évidence, la haute pression est un risque élevé de dépressurisation et d'accident.

Il n'y a pas de tels problèmes avec le sodium. Étant donné que le point d'ébullition est élevé, il peut être maintenu à une pression normale, ce qui signifie qu'il n'y a aucun risque d'évasion et d'accident.

Même en cas de situation anormale, la réactivité du sodium jouera également en faveur de la sécurité. Lorsqu'il interagit avec l'oxygène et la vapeur d'humidité dans l'atmosphère, le sodium sera lié à un produit chimique persistant composés qui resteront sur le territoire de la station, et ne se disperseront pas dans le quartier, répandant des la pollution.

La Russie est en avance sur les autres

Malgré de nombreuses tentatives de divers pays, seule la Russie, et en particulier Rosatom, dispose d'une version commerciale à part entière d'un réacteur à neutrons rapides.

En effet, même les Français (avec leur développement prometteur du «réacteur Phoenix») n'ont pas réussi à faire face au problème du fonctionnement périodique des systèmes de protection, et ils ont arrêté le projet en 2010.

Les Japonais ont également testé leur propre version - le réacteur Monju, mais après une série d'accidents, ils ont décidé de le démonter.

Les Indiens voulaient également créer leur propre réacteur à neutrons rapides, mais rien ne se passa.

En Russie, la technologie évolue sans heurts et les travaux sont déjà en cours sur le projet de réacteur rapide BN-1200, dans lequel le plomb fondu est utilisé comme liquide de refroidissement. Selon le plan, il sera pleinement opérationnel d'ici 2030.

Il s'avère que la Russie est le seul pays qui peut vraiment produire de l'énergie nucléaire efficace et vraiment sûr grâce à une conception unique - un réacteur à neutrons rapides.