Outils de transmutation

Réacteurs à neutrons rapides et ADS

Le neutron, qui pénètre sans difficulté dans les noyaux, est l’outil idéal de la transmutation mais il faut beaucoup de neutrons pour transmuter des déchets. Les noyaux sont transmutés un à un et le moindre échantillon de matière en contient des milliards de milliards. Seuls des réacteurs sont à même de fournir des flux de neutrons assez intenses. Mais les captures de neutrons non suivies de fission génèrent des actinides qui remplacent une partie de ceux qui sont détruits.

Les rendements sont généralement faibles. Par exemple, dans un puissant réacteur qui fournit 1 Gigawatt d’électricité, les neutrons ne transmutent après 3 à 4 ans d’irradiation que 4,5 % du combustible nucléaire en plutonium et produits de fission. Pour augmenter les rendements de la transmutation, il faut des flux de neutrons intenses ainsi que des probabilités (appelées sections efficaces) importantes de capture des neutrons par les noyaux à transmuter .

Les réacteurs à eau légère ne sont pas de bons outils pour la transmutation des actinides étant donné que les captures simples de neutrons l’emportent sur les fissions. La transmutation en réacteurs à eau pressurisée (REP) s’est révélée peu prometteuse. Le respect des normes de sécurité ne permet pas d’atteindre des rendements importants, même avec des combustibles adaptés. Le multi-recyclage de l’américium seul nécessiterait des modifications du réacteur et du cycle du combustible nucléaire. Un tel. recyclage est exclu avec le parc actuel.

Dans un réacteur à neutrons rapides, le combustible tolère de plus importantes proportions d’actinides mineurs que dans les REP, de 2,5 à 5% de la masse du combustible contre 1 %. La faisabilité de la transmutation des actinides mineurs dans ces réacteurs rapides est désormais acquise.

Après l’arrêt de SUPERPHENIX en 1998, PHENIX a été un des rares réacteurs à neutrons rapides (RNR) en activité et le seul disponible en France. Construit en 1974 pour produire de l’électricité, rénové et remis en service pour le programme de recherches sur la transmutation, il a été arrêté à son tour en 2010. La France ne dispose plus actuellement d’outils pour la transmutation.

Sous quelle forme introduire les radioéléments à transmuter dans le cœur d’un réacteur ? De nouveaux types de combustibles ont été conçus pour optimiser les performances de la transmutation. Deux modes d’introduction des actinides mineurs ont été évalués : un mode homogène où les éléments à transmuter sont répartis dans le combustible ; un mode hétérogène où ces éléments sont concentrés dans des assemblages spéciaux. Des combustibles à base d’américium ou d’autres éléments à vie longue ont été introduits avec succès en réacteur. Le programme d’essais durera jusqu’en 2008.

Les ADS (Acceleraitor Driven Systemms) qui sont des réacteurs pilotés par un accélérateur ont des performances en principe supérieures. Tandis que les réacteurs à neutrons rapides (RNR) sont capables de brûler leurs propres actinides en les recyclant, les ADS sont à même d’incinérer un cœur constitué uniquement d’actinides.

Il reste de nombreux verrous technologiques à lever pour que ces systèmes voient le jour. Des projets et des recherches à l’échelle européenne sont en cours. Le CNRS y participe activement avec l’étude de cœurs de réacteurs sous-critiques (expériences MUSE), les projets d’accélérateurs de haute intensité (IPHI) et de cibles de production de neutrons par spallation.

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