Génie énergétique
Énergie nucléaire 2
Les réacteurs électrogènes
Jacques Bernard
ellipses
Tome II
Les réacteurs nucléaires
Chapitre I Les filières nucléaires
1. Généralités
1.1 Constitution13
1.2 Les différentes filières14
2. Filière graphite-gaz
2.1 Historique16
2.2 Caractéristiques de la filière17
2.3 Schéma du réacteur de Bugey 118
2.4 Filière AGR19
3. Filière RBMK
3.1 Description20
3.2 L'accident de Tchernobyl22
4. Filière à eau lourde (CANDU)
4.1 Développement25
4.2 L'eau lourde25
4.3 La filière CANDU26
5. Filière à eau pressurisée
5.1 Développement30
5.2 Caractéristiques de la filière REP30
6. Filière à eau bouillante
6.1 Développement32
6.2 Caractéristiques de la filière32
7. Filière à neutrons rapides
7.1 La surgénération34
7.2 Bilan neutronique en régime permanent35
7.3 Caractéristiques de la filière36
7.4 Historique37
7.5 Centrale de Creys-Malville39
8. Filière à haute température
8.1 Développement41
8.2 Le combustible42
8.3 Le GT-MHR43
9. Les filières de demain
9.1 Les différentes générations de réacteurs46
9.2 VHTR47
9.3 GFR47
9.4 SFR48
9.5 SCWR49
9.6 LFR51
9.7 MSR52
Chapitre II Les réacteurs à eau pressurisée
1. Caractéristiques générales
53
2. Le circuit primaire
2.1 Le coeur nucléaire56
2.2 La cuve60
2.3 Le pressuriseur61
2.4 Le groupe motopompe primaire66
2.5 Le générateur de vapeur68
2.6 Les systèmes fluides69
3. Le circuit secondaire
3.1 Schéma simplifié71
3.2 Le groupe turboalternateur75
3.3 Les réchauffeurs-surchauffeurs76
3.4 Le condenseur76
3.5 Les pompes d'extraction78
3.6 Les turbopompes alimentaires79
3.7 Le circuit de refroidissement du condenseur79
4. Pilotage d'un réacteur
4.1 Fonctionnement en régime permanent83
4.2 Démarrage d'un REP83
4.3 Arrêt d'un REP84
4.4 Bilan neutronique en régime permanent85
4.5 Effets de la température et de l'usure du combustible86
4.6 Effets du rapport de modération et de la teneur en bore88
4.7 Effets dus à la présence du xénon 13589
5. Sûreté
5.1 Dispersion dans l'environnement de produits radioactifs91
5.2 L'APRP91
5.3 Évènements externes92
5.4 L'accident de TMI92
5.5 Mesure et comparaison des risques95
6. L'avenir de la filière
6.1 L'EPR96
6.2 Autres réacteurs99
Chapitre III Thermohydraulique des réacteurs
1. Généralités
1.1 Caractéristiques spécifiques101
1.2 Les boucles de transfert102
2. Distribution de la puissance volumique
2.1 Formes de l'énergie107
2.2 Répartition de la puissance108
3. Transfert de chaleur
3.1 Transfert de chaleur par conduction112
3.2 Transfert de chaleur par convection116
4. Thermohydraulique du coeur
4.1 Détermination des pertes de charge122
4.2 Évolution de la température du fluide caloporteur125
4.3 Transfert de chaleur avec ébullition128
4.4 Ébullition dans un canal de réacteur à eau129
Chapitre IV Le combustible nucléaire
1. Généralités
1.1 Les éléments naturels d'intérêt nucléaire137
1.2 Les cycles du combustible137
2. L'uranium
2.1 Découverte140
2.2 Propriétés nucléaires140
2.3 Caractéristiques physiques141
2.4 Le minerai d'uranium141
2.5 Concentration chimique du minerai143
2.6 Raffinage et conversion143
3. L'enrichissement
3.1 L'unité de travail de séparation145
3.2 La diffusion gazeuse147
3.3 L'ultracentrifugation153
3.4 Les tuyères de séparation156
3.5 L'enrichissement par laser157
4. Les éléments combustibles
4.1 Le matériau combustible158
4.2 La gaine161
4.3 Le combustible usé162
5. Le retraitement
5.1 Le recyclage du combustible173
5.2 Le procédé PUREX173
5.3 La séparation poussée175
6. Les déchets
6.1 Types et classements176
6.2 Volume177
6.3 Conditionnement entreposage et stockage179
6.4 Effluents liquides et gazeux185
6.5 Les déchets nucléaires et la loi française186
6.6 Les déchets à l'étranger189
7. Le Thorium
7.1 Caractéristiques191
7.2 Géographie du thorium192
7.3 Utilisations192
8. Économie du cycle du combustible
8.1 Le minerai et la concentration de l'uranium193
8.2 La conversion195
8.3 L'enrichissement196
8.4 Le retraitement197
8.5 Le coût du combustible198
Chapitre V La fusion thermonucléaire
1. Généralités
1.1 L'énergie de fusion199
1.2 Les réactions de fusion201
2. Le plasma thermonucléaire
2.1 Température204
2.2 Neutralité204
2.3 Section efficace de fusion205
2.4 Les pertes d'énergie209
2.5 Bilan d'énergie210
2.6 Critère de Lawson211
3. Le confinement magnétique
3.1 Le champ magnétique215
3.2 Le chauffage du plasma218
3.3 Les réalisations actuelles218
4. Le confinement inertiel
4.1 Principe220
4.2 Réalisations actuelles223
5. Vers un réacteur nucléaire à fusion
5.1 Schéma de principe224
5.2 Problèmes technologiques225
5.3 Sécurité227
5.4 Les déchets227
5.5 ITER228
Annexes
1. Quelques constantes physiques232
2. Les unités en énergétique233
3. Les unités anglo-saxonnes234
4. Caractéristiques de l'eau liquide saturée235
5. Table de la vapeur d'eau saturée236
6. Géographie des centrales nucléaires238
7. Éléments d'économie de l'énergie nucléaire249
8. Sigles et abréviations251
9. Tableau périodique des éléments260
10. Liste alphabétique des éléments261
11. Petit dictionnaire English-Français262
Sources267
Crédit photo272
Glossaire273
Index275
Liste des applications
Tome II
I.1 Activation du fluide caloporteur d'un réacteur à eau lourde110
I.2 Temps de doublement d'un RNR122
I.3 Étude thermodynamique d'un GT-MHR126
II.1 Densité neutronique moyenne dans le coeur d'un REP141
II.2 Contribution du plutonium au bilan énergétique d'un REP141
II.3 Risque de cavitation d'un GMPP149
II.4 Puissance et rendement des turbines HP et BP160
II.5 Étude d'une tour de réfrigération à tirage naturel163
III.1 Rendement du cycle vapeur d'une centrale nucléaire186
III.2 Puissance résiduelle189
III.3 Répartition de la puissance dans un coeur cylindrique homogène192
III.4 Champ des températures dans un élément combustible de REP200
III.5 Température au coeur de billes d'uranium métallique202
III.6 Puissance d'un GMPP204
III.7 Évolution des températures dans un canal du coeur d'un REP208
III.8 Flux de chaleur dans un canal de REB (BWR)210
III.9 Rapport de flux thermique critique (RFTC)214
III.10 Étude d'un générateur de vapeur de REP 1300217
IV.1 Nombre d'UTS/kg d'U enrichi228
IV.2 L'usine d'enrichissement d'Eurodif232
IV.3 Étude d'un PF : le samarium 150248
IV.4 Combustible en piscine de désactivation251
IV.5 Les réacteurs naturels d'Oklo266
V.1 Énergie libérée par la fusion D-T282
V.2 Barrière de potentiel283
V.3 Potentiel énergétique de l'eau285
V.4 Puissance volumique du Soleil285
V.5 Puissance volumique d'un plasma290
V.6 Critère de Lawson296
V.7 Champ magnétique maximal298
V.8 Diamètre d'une microsphère de fusion inertielle304
V.9 Épaisseur maximale de la première barrière du tore308