Le nombre d’opérations réalisables sur un coeur de RSF est bien plus important que pour un REP. En effet, le combustible peut être retiré pour être envoyé au retraitement, de la matière fertile ou fissile peut être ajoutée, etc... Ces possibilités offertes par le concept de RSF permettent un contrôle du combustible précis autant que précieux, mais représentent également des risques potentiels qu’il faut évaluer. Voyons donc quel est l’impact sur le comportement du coeur de plusieurs types d’insertion de réactivité, comme par exemple l’introduction d’uranium en coeur. On se basera pour cette étude sur la configuration de référence.
Si l’on suppose que la quantité d’233U en coeur est augmentée de 1 % (soit 21.1 kg), le coef- ficient de multiplication croît de 288 ±4 pcm. Ceci revient à une augmentation de la réactivité de 13.6±0.2 pcm/kg233U. Sachant que le coeur nécessite une alimentation en 232Th d’environ 2.6 kg/j, une interversion entre232Th et233U ne se traduirait que par l’insertion d’environ 35 pcm/j (éventuel- lement en plusieurs fois). De la même manière, l’ajout d’1 % de232Th (soit 460 kg) en coeur conduit à une diminution de la réactivité de 228±4 pcm. Ainsi, ne pas injecter les 2.6 kg/j nécessaires engendre une augmentation d’environ 1 pcm/j, ce qui est négligeable.
Le 233Pa, avec sa période de 27 jours, décroît en coeur assez rapidement (2.55 % par jour) en formant de l’233U. Cela correspond à une diminution de la matière capturante et une augmentation de la matière fissile : le premier effet augmente la réactivité de 32.1 ± 1.1 pcm/j, et le second de 26.8±0.4 pcm/j, ce qui fait au total 58.9±1.2 pcm/j. Comme on peut le voir, le coeur est relativement peu sensible aux erreurs d’alimentations, ou à la décroissance non surveillée du233Pa.
Ceci est en partie dû au fait que le coeur contient une grande quantité de combustible (près de 2.1 tonnes d’233U) par rapport à la quantité consommée quotidiennement (2.6 kg/j). Les conséquences seraient très probablement plus problématiques dans le cas de coeurs à petit inventaire.
Toutes ces études, même si elles sont assez simplistes, montrent à quel point le concept de RSF est robuste vis-à-vis des problèmes de sûreté. Evidemment des analyses plus poussées, en régime transitoire et/ou prenant en compte les aspects thermohydrauliques, doivent être menées [43, 44].
Chapitre 10
Expérimentation sur l’extraction des métaux nobles par le bullage
Comme il a été montré au chapitre 7, l’extraction des PF gazeux et des métaux nobles est presque indispensable en spectre thermique, et nécessaire en spectre épithermique. Sans cette extraction, l’em- poisonnement dû à ces PF détériore significativement le taux de régénération. C’est pourquoi nous avons toujours considéré dans nos simulations le bullage comme efficace. Il convient cependant de s’attarder sur la faisabilité de ce bullage.
Les mécanismes d’extraction des PF par les bulles d’hélium sont différents selon qu’il s’agit de gaz ou de métaux nobles. Les gaz sont dissous dans le sel, avec une concentration maximale limite variant suivant la nature du sel, la température et la pression. Pour un même sel, les limites de solubilité sont aussi différentes suivant les gaz (He, Ne, Ar, Xe). Par exemple, dans le cas du sel NaF - ZrF4, l’hélium est le gaz le plus soluble : 37 cm3par litre de sel à 800◦C, contre 5,5 cm3pour le xénon [61]. A 600◦C, les limites de solubilité tombent respectivement à 15 et 1,4 cm3 par litre de sel. Si la quantité de gaz dissoute ne dépasse pas très significativement la limite de solubilité, il n’y a pas formation de bulle dans la masse du liquide, le gaz diffuse seulement vers les interfaces libres.
Pour éliminer les gaz, il faut créer volontairement des bulles à l’intérieur du liquide. La technique la plus évidente est l’injection, quoiqu’elle présente de nombreux inconvénients. Si le gaz injecté est de l’hélium, les autres gaz dissous dans le liquide vont diffuser dans les bulles d’hélium et être évacués avec elles. Le bullage est d’autant plus efficace que la surface d’échange est grande, c’est-à-dire, les bulles nombreuses et petites. Ces bulles vont aussi constituer des interfaces de piégeage de particules présentes dans le liquide.
Les métaux nobles, dont l’oxyde est facilement réduit, peuvent être présents dans le sel sous forme métallique. Lors de l’expérience du MSRE, un bullage involontaire existant dans la pompe avait permis de voir l’impact de ce phénomène sur la concentration en xénon. Il avait aussi mis en évidence la présence de nombreuses particules métalliques. Un projet de bullage contrôlé avait été mis en route mais a été interrompu avec l’arrêt des projets d’Oak Ridge dans les années 75. L’efficacité d’extraction des particules métalliques par bullage d’hélium, supposée très bonne, n’a donc pas pu
Une détermination expérimentale du rendement d’extraction par bullage des particules métal- liques présentes dans le sel demande le montage d’une installation fonctionnant en mode dynamique (circulation du sel, injection des bulles). Ceci représente un travail hors de notre sujet. Nous avons entrepris, comme première expérience et aussi comme étape nécessaire à la compréhension des phé- nomènes de base, de tester le mécanisme d’extraction des métaux nobles dans des conditions très simplifiées et sur une petite quantité de sel. Les échantillons sont fabriqués au LPSC (Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie), fondus au LTPCM (Laboratoire de Thermodynamique et Physicochimie Métallurgique) et caractérisés au CMTC (Centre des Moyens Technologiques Com- muns, ENSEEG-Saint Martin d’Hères). Dans un second temps, il conviendrait d’effectuer des ex- périences mettant en jeu un volume de liquide nettement plus important ainsi qu’une injection de bulles.