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REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique

REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique. http://jcabbe.online.fr. 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

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Presentation Transcript

  1. REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique http://jcabbe.online.fr jcabbe@free.fr J.Ch.Abbé

  2. 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

  3. Stabilité des noyaux J.Ch.Abbé

  4. TABLEAU DE MENDELEEV

  5. ATOMES ET ISOTOPES

  6. LA FISSION

  7. Le COMBUSTIBLE : URANIUM uranium naturel 99,3 % 0,7 % U 238 U235 (fissile) uranium enrichi 96,5 % 3,5 %

  8. 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

  9. LA REACTION EN CHAINE

  10. URANIUM : Réserves mondiales

  11. Séparation U (yellow cake) Extraction du minerai Pastilles UO2 Enrichissement Crayon UO2 DU MINERAI AU COMBUSTIBLE Panier combustible

  12. ENRICHISSEMENT •  PAR DIFFUSION GAZEUSE ( Eurodif, Pierrelate) •  PAR CENTRIFUGATION •  PAR LASER

  13. REACTEUR NUCLEAIRE

  14. FILIERE Combustible Modérateur Caloporteur Réacteur Echangeur Turbine

  15. 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

  16. ASSEMBLAGE DU COMBUSTIBLE

  17. AU CŒUR DE LA CENTRALE (CUVE)

  18. RÉACTEUR NUCLÉAIRE Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

  19. 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

  20. LE RÉACTEUR : UNE MACHINE THERMIQUE

  21. Barre de pilotage Barre de sécurité Puissance Arrêt Fonctionnement CONTRÔLE DU FONCTIONNEMENT DU REACTEUR

  22. 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

  23. FORMATION DE PU 239. SURRÉGÉRATEUR

  24. CYCLE DU COMBUSTIBLE

  25. VOLUME DÉCHETS RADIOACTIFS

  26. STOCKAGE EN SURFACE DES DÉCHETS FMA

  27. CENTRE DE STOCKAGE DE L’ AUBE

  28. MAQUETTE D’UN LABORATOIRE SOUTERRAIN

  29. 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)

  30. Réacteur de 4 ième génération

  31. Réacteur de 4 ième génération

  32. Système à SELS FONDUS

  33. RÉACTEUR HYBRIDE : Réactions sur le thorium

  34. RÉACTEUR HYBRIDE : la spallation

  35. FILIÈRE THORIUM. RÉACTEUR HYBRIDE

  36. FUSION

  37. La FUSION

  38. 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

  39. 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

  40. 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) 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

  41. CONFINEMENT MAGNETIQUE les courants électriques utilisés sont de l'ordre de la dizaine de million d'ampères (pour générer le courant toroïdal).

  42. TOKAMAK

  43. ITER : INTERNATIONAL THERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOR

  44. Chauffage du plasma • Effet joule (150 millions °) • 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

  45. CHARBON NUCLEAIRE FIOUL COUT DU KWh SELON LE MODE DE PRODUCTION 79% 64% 32% COMBUSTIBLE 19% 13% 8% EXPLOITATION 13% 23% 49% INVESTISSEMENT J.Ch.Abbé

  46. COUT DU MWh SELON LE MODE DE PRODUCTION NUCLEAIRE 28,4 € CHARBON 32 à 33,7 € GAZ 35 € Source : Direction Générale Énergie et Matières Premières Janvier 2004

  47. J.Ch.Abbé Jean-Charles ABBE

  48. Conséquences sanitaires de Tchernobyl (1996) J.Cl.Nénot, Directeur de recherche à l ’IPSN L ’accident de Tchernobyl est une catastrophe énorme, mais qui a fait et fera peu de victimes. Dix ans après l’accident, on peut affirmer avec certitude que 31 personnes sont décédées des suites directes de l’accident (sauveteurs), dont 28 des suites de l’irradiation, une de brûlure thermique, une de la chute d’une dalle en ciment. En ce qui concerne les effets à long terme des rayonnements, la seule conséquence qui ait été mise en évidence est un excès de cancer de la thyroïde chez l ’enfant. La conséquence principale, à savoir les effets psychologiques, est due à la catastrophe et non aux rayonnements. A l’heure actuelle, on dénombre 800 cas de cancers de la thyroïde chez les enfants, dont une dizaine ont entraîné le décès. Il pourrait y avoir quelques milliers de cas avec un taux de mortalité relativement faible (2 à 10%). J.Ch.Abbé

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