Cycles uranium et thorium en réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium : Aspects neutroniques et déchets associés

Uranium and thorium cycles for sodium fast reactors : Neutronic aspects and associated wastes

• Auteur / Autrice : Julie Brizi
• Direction : Bernard Berthier, Sylvain David, Olivier Meplan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs à neutrons rapides

Déchets radioactifs -- Transmutation

Déchets radioactifs

Résumé

Les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium à cycle uranium 238/plutonium 239, dont la faisabilité technique a déjà été éprouvée, permettent de s'affranchir du problème des ressources d'uranium naturel en réalisant la régénération de l'élément fissile du combustible. En outre, une gestion des déchets visant à réduire la production et la radiotoxicité des actinides mineurs produits par le réacteur peut être mise en œuvre en transmutant les AM en cœur (transmutation homogène). Une autre alternative pour minimiser les déchets est l'utilisation d'un autre couple fertile-fissile: le thorium 232 et l'uranium 233 (Th/U). La comparaison des deux cycles est menée sur les aspects neutroniques et la sûreté et sur la production de déchets, en utilisant un Monte Carlo évoluant. Concernant la radiotoxicité des déchets, même si on ne dégage pas véritablement d'avantages clairs pour un cycle ou l'autre, le cycle Th/U réduit la radiotoxicité durant les périodes où elle est la plus élevée. La transmutation homogène réduit significativement, pour les deux cycles, la radiotoxicité des déchets, de facteurs variables selon la période de temps considéré. Toutefois, elle se fait au détriment d'une augmentation importante de l'inventaire des AM dans le cœur. Si l'on considère la fin de jeu, l'inventaire du cœur du réacteur devient alors un déchet. Le gain apporté par la transmutation, en prenant en compte à la fois la radiotoxicité du cœur et des déchets cumulés, sera quantifié, et montre que la transmutation n'offre pas de gain considérable si l'incinération des éléments fissiles rinci aux Pu ou U selon le c cie n'est as mise en œuvre lors de l'arrêt de la filière.

Sodium fast reactors (SFR-Na) with uranium 238/plutonium 239(U/Pu) cycle, its technical feasibility has already proven, allow to overcome the problem ofnatural uranium resources in achieving the regeneration of the fuel fissile element. Ln addition, a waste management can be performed to reduce the radiotoxicity of actinides produced by the reactor in transmuting the AM in the core (homogeneous transmutation). Another alternative to minimize waste is to use another couple fertile-fissile: the thorium 232 and the uranium 233 (Th/U). The comparison is performed on neutronic and safety aspects and on waste production, in using an evolving Monte Carlo. Although one does not disclose real clear advantages concerning the radiotoxicity ofwastes for a particular cycle, the Th/U cycle reduces the radiotoxicity during periods when it is the highest. The homogeneous transmutation minimizes significantly for both cycles, radiotoxicity ofwastes, with different factors depending on the considered time period. However, it is done to the detriment of an important increase of AM in the core. Lfwe consider the nuclear stop, the inventory of the reactor core becomes a waste. The gain provided by the transmutation, taking into account both the core and accumulated waste radiotoxicities, will be quantified, and shows the transmutation does not provide a significant gain if the buming of main fissile elements is not considered when the nuclear is stopped.