Hélium, billes de combustibles, sûreté intrinsèque …
Une des originalités des HTR est que le combustible est conditionné dans des billes de carbone très étanches de 1 millimètre de diamètre, capables de retenir les matières radioactives jusqu’à des températures dépassant 1600°C. La chaleur dégagée par les fissions à l’intérieur des billes est extraite par de l’hélium gazeux. Ce dernier actionne directement une turbine à gaz (on dit que le cycle est direct).
Schéma d’une bille de combustible HTR
Schéma d’une bille de combustible d’environ 1 mm de diamètre. Elle est composée d’un noyau de matières fissiles (ici de l’oxyde de plutonium), enrobée de plusieurs couches. La première de carbone poreux piège les produits de fission dont le parcours n’excède pas une fraction de millimètre. Les couches céramiques de carbure de silice et de carbone pyrolytique, assurent une excellente tenue à la température, jusqu’à au moins 1600°C.
© Framatome
Les HTR du futur, ceux de la génération IV, seraient refroidis par de l’hélium sous haute pression (70 bars). Contrairement aux réacteurs classiques comme les REP, on ne passerait donc pas par un cycle vapeur. Cela éliminerait le besoin de circuit secondaire. Enfin, le rendement thermodynamique avoisinerait les 50%, en raison de la haute température de l’hélium, vers 850°C (ce rendement est d’environ 33% dans un REP et plafonne un peu au dessous de 40% dans les premiers HTR à cycle secondaire vapeur).
Les HTR sont des réacteur à neutrons thermiques et non à neutrons rapides. Un modérateur au graphite ralentit les neutrons et garantit une grande inertie thermique par son volume.
Résistance des billes HTR à la température
Résultats des tests effectués sur l’étanchéité des billes de combustible irradiées en fonction de la température. Le taux de fuite représente la proportion des atomes radioactifs qui franchissent la paroi des billes. Les taux de fuite restent inférieurs à un cent millième jusqu’à des températures de 1800° et sont sans évolution notable avant 2100°, température à partir de laquelle le carbure de silicium se décompose. Les courbes correspondent à une série de « boulets » contenant chacun de 10 000 à 16 400 billes.
© Framatome / General electrics
Ainsi qu’il a été dit, le combustible est conditionné dans des billes de 1 millimètre de diamètre. Par conception, le confinement des matières radioactives est assuré par des barrières multiples en matériaux réfractaires. L’étanchéité est complétée, à l’échelle macroscopique, par le graphite des bâtonnets et des blocs hexagonaux qui forment les assemblages de combustible. Des essais ont révélé des taux de défaillance des particules extrêmement faibles, inférieurs à un cent millième jusqu’à des températures de 1600°C.
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