Cycle des matières dans un réacteur nucléaire à sel fondus

Processing of used salts in molten chloride nuclear reactor

• Auteur / Autrice : Serge Boyer
• Direction : Sébastien Picart
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Séparative, Matériaux et Procédés
• Date : Inscription en doctorat le 04/11/2021
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICSM - Institut de Chimie Séparative de Marcoule

Mots clés

Mots clés libres

Pyrométallurgie

Electrochimie

Actinides

Séparation

Pyroprocessing

Actinides

Electrochemistry

Separation

Résumé

La demande en électricité mondiale est depuis 50 ans en constante augmentation. Ce besoin croissant accéléré par le développement d'internet et d'une mobilité verte doit se concevoir en préférant aux énergies fossiles des technologies peu émettrices de CO2. L'énergie nucléaire et les énergies dites renouvelables (éolien, solaire) sont en mesure de répondre à cet enjeu fort en proposant une offre complémentaire, flexible et stable dans le temps et responsable sur la gestion des déchets qu'elle engendre. Le développement de réacteurs nucléaires du futur devra concilier une sûreté accrue des réacteurs, une gestion des déchets induits et l'acceptation du mode de production par le public. Dans ce cadre, les réacteurs à sels fondus présentent un potentiel intéressant à plusieurs titres : un combustible liquide peut offrir une meilleure utilisation de la matière nucléaire, des atouts de sûreté liés à la physique du cœur et une capacité au suivi de charge intrinsèque au concept. Ces caractéristiques attrayantes sur le papier et le succès passé du réacteur Molten Salt Reactor Experiment (MSRE, 1965-1969) ont conduit à un regain d'intérêt ces quinze dernières années. En Chine, le Shanghai Institute for Applied Physics (SINAP), consacre un effort remarquable pour le développement d'un réacteur sur la base du MSRE américain. De nombreuses start-ups ont également émergées (par ex : Terrapower – Bill Gates, Terrestrial Energy, Elysium…) afin de proposer des concepts de réacteurs nucléaires utilisant des sels de chlorures/fluorures d'alcalins ou d'alcalino-terreux fondus dans lequel sont dissous des éléments fissiles dans le but de produire électricité ou chaleur pour la production d'hydrogène à un coût réduit. Le travail à réaliser dans cette thèse vise à mieux définir le cycle des matières nucléaires de ce type de réacteur dit de quatrième génération (Forum International GenIV). Le combustible liquide entraîne un fort couplage entre la partie réacteur et la partie traitement du combustible qui n'existe pas avec un combustible solide. Ce concept peu conventionnel de réacteurs, comparé aux technologies actuelles nécessite également une approche de sûreté dédiée.

Global electricity demand has been steadily increasing for 50 years. This growing need accelerated by the development of the Internet and green mobility must be conceived by preferring low-carbon technologies to fossil fuels. Nuclear energy and so-called renewable energies (wind, solar) are able to respond to this strong challenge by offering a complementary offer, flexible and stable over time and responsible on the management of the waste it generates. The development of nuclear reactors of the future will have to reconcile a increased reactor safety, management of induced waste and public acceptance of the mode of production. In this context, molten salt reactors have an interesting potential in several respects: a liquid fuel can offer a better use of nuclear material, core physics-related safety assets and design-built load monitoring capability. These attractive features on paper and the past success of the Molten Salt Reactor Experiment (MSRE, 1965-1969) have led to renewed interest over the past fifteen years. In China, the Shanghai Institute for Applied Physics (SINAP) is making a remarkable effort for the development of a reactor on the basis of the American MSRE. Many start-ups have also emerged (e.g., Terrapower – Bill Gates, Terrestrial Energy, Elysium, etc.) to propose nuclear reactor concepts using alkaline or alkaline fluoride/chloride salts.molten earth in which fissile elements are dissolved in order to produce electricity or heat for hydrogen production at a reduced cost. The work to be carried out in this thesis aims to better define the nuclear material cycle of this type of fourth generation reactor (Forum International GenIV). The liquid fuel causes a strong coupling between the reactor part and the processing part of the fuel that does not exist with a solid fuel. This unconventional concept of reactors, compared to current technologies, also requires a dedicated safety approach.