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REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique. http://www.futuroscopie.com. jcabbe@free.fr. 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
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REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique http://www.futuroscopie.com jcabbe@free.fr J.Ch.Abbé
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 0.00000000001 STRUCTURE DE LA MATIERE
Stabilité des noyaux J.Ch.Abbé
REACTIONS NUCLEAIRES Projectile + noyau ciblea noyau formé (+ particule) s Proton Neutron Noyau Éventuellement radioactif(a,b,g) Section efficace de réaction Fonction, entre autres paramètres, de l’énergie du projectile
Le COMBUSTIBLE : URANIUM uranium naturel 99,3 % 0,7 % U 238 U235 (fissile) uranium enrichi 96,5 % 3,5 %
L ’ atome de gauche a la même somme de protons et de neutrons que les atomes de droite, pourtant il est plus lourd!!! LA FISSION LA MASSE EN PLUS, C ’EST DE L ’ENERGIE, MERCI EINSTEIN! EXEMPLE PRATIQUE + + ENERGIE Uranium 235
Séparation U (yellow cake) Extraction du minerai Pastilles UO2 Enrichissement Crayon UO2 DU MINERAI AU COMBUSTIBLE Panier combustible
ENRICHISSEMENT • PAR DIFFUSION GAZEUSE ( Eurodif, Pierrelate) • PAR CENTRIFUGATION • PAR LASER
FILIERE Combustible Modérateur Caloporteur Réacteur Echangeur Turbine
FILIERE Filière Combustible Modérateur Caloporteur Graphite/ gazU naturel GraphiteCO2 Eau lourde U naturelEau lourdeEau lourde Eau U enrichiEau Eau PWR - BWR Neutrons rapides Plutonium +Sodium Surrégénateur Uranium
RÉACTEUR NUCLÉAIRE Énergies pour demain Jean-Charles ABBE
Turbine GV Alternateur Energie électrique Energie thermo- dynamique Energie mécanique Energie calorifique Energie Nucléaire U 235 Eau Circuit Primaire Vapeur/eau circuit secondaire Turbine PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE CENTRALE NUCLEAIRE Réacteur nucléaire
Barre de pilotage Barre de sécurité Puissance Arrêt Fonctionnement CONTRÔLE DU FONCTIONNEMENT DU REACTEUR
BARRIERES ET CONTROLES DE SECURITE Gaines de combustible Cuve du réacteur Enceinte du réacteur Barres de sécurité Adjuvant à l’eau de refroidissement Coefficient de température négatif
Réacteur de 3 ième génération • EPR : 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)
Les 2 atomes de gauche ont la même somme de protons et de neutrons que l ’atome de droite ; pourtant, ils sont plus lourds !!! dm = 0,018747 * mp E = dm*c2 = 2,8 10-12 J = 17,6 MeV 4,973974 * mp 4,992722 * mp EXEMPLE PRATIQUE + + + ENERGIE Deuterium Tritium Hélium neutron FUSION
REACTIONS DE FUSION D + T g 4He (3,14 MeV) + n (14 MeV) D + D g T (1 MeV) + p (3 MeV) D + D g 3He (0,8 MeV) + n (2,45 MeV) D + He g4 He (3 MeV) + p (14 MeV) 6 Li + n g 4 He (2 MeV) + T (2,7 MeV) D : deutérium ; T : tritium ; n : neutron
CRITERE DE LAWSON DEFINIT LES CONDITIONS NECESSAIRES A L’ENTRETIEN DE LA REACTION DE FUSION n x T x τ > 5.10 21m-3.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) J.Ch.Abbé
CONFINEMENT MAGNETIQUE les courants électriques utilisés sont de l'ordre de la dizaine de millions d'ampères (pour générer le courant toroïdal).
Chauffage du plasma • Effet joule (150 millions C°) • Injection de neutres • Par ondes • Par particules alpha JET (1997) : Q=0,64 (16 MW récupérés sur 25 MW injectés). ITER: Q=10 500 MW produit pendant 400 secondes. 50 MW injectés