Les réacteurs à neutrons rapides se distinguent des réacteurs à neutrons thermiques de par leur capacité à :
convertir de l’uranium fertile en plutonium fissile,
consommer le plutonium produit par le parc à des réacteurs à eau légère,
transmuter les actinides mineurs,
présenter une flexibilité importante sur le taux de régénération. Ces particularités offrent des perspectives industrielles pour cette filière.
Dans cet objectif, les pays nucléarisés se sont dotés de programmes de RNR-Na visant des réalisations par étapes (petit réacteur expérimental, réacteur de démonstration, prototype industriel). Afin de mettre en commun les efforts de R&D, ces pays ont proposé en 2000 une coopération internationale (Forum Génération IV). Elle a pour objectif de développer des RNR en intégrant des nouvelles exigences en termes d’optimisation des ressources, de réduction, de déchets, de résistance à la prolifération, de sûreté et fiabilité, et de compétitivité économique.
C’est dans ce cadre que la France a décidé de développer un RNR à caloporteur sodium « ASTRID », forte de l’expérience acquise avec RAPSODIE, PHENIX, SUPER-PHENIX et le projet EFR. Les concepts de cœur envisagés pour ASTRID intègrent des innovations afin de renforcer la sûreté et de démontrer la faisabilité à une échelle significative de la transmutation des actinides mineurs. Ces innovations portent sur le design du cœur, le développement de systèmes d’arrêt passifs et l’utilisation de nouveaux matériaux (améliorant la tenue sous irradiation, par exemple).
Dans l’objectif de s’assurer de l’amélioration significative des performances et de la sûreté d’un concept, il est nécessaire d’évaluer le comportement du cœur en cas de transitoire incidentels non-protégés. Cette analyse est réalisée lors de la phase de conception. Elle se base généralement sur la simulation des transitoires « de référence » en mettant en œuvre la théorie de la cinétique ponctuelle. Cette théorie utilise en données d’entrée les distributions spatiales des grandeurs neutroniques caractéristiques du concept.
Les paramètres neutroniques d’intérêt pour les études de transitoires sont les suivants :
la distribution de puissance,
les paramètres cinétiques,
l’anti réactivité des absorbants,
les effets de contre-réaction neutroniques.
Les innovations au niveau du design du cœur, permettent de favoriser ou limiter certains effets neutroniques.
Cette démarche a été appliquée au CEA et a abouti à une image de cœur hétérogène intégrant une plaque fertile au centre et un plenum de sodium en partie supérieure.
Ainsi, le concept de Cœur à Faible effet de Vidange (CFV) présente un effet de vidange négatif en début de vie et le reste jusqu’en fin de cycle où il devient proche de zéro. Ces résultats sont issus d’une forte compensation entre une composante positive en centre cœur et une contribution fortement négative en périphérie, en particulier dans la partie supérieure du cœur.
Cette composante négative de l’effet de vidange n’est pas linéaire avec le taux de vide. Elle est le résultat d’un design de cœur hétérogène qui nécessite l’utilisation d’outils de calculs robustes.
Finalement, la forte hétérogénéité du concept et le choix innovant des matériaux ordonnent la planification d’un dossier de vérification/validation/qualification des outils de calcul aptes à répondre aux besoins des dossiers de sûreté.
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