Conclusion

Les RSFs sont caractérisés par un combustible liquide sous la forme d’un sel fondu. Les RSFs dont le combustible circule (dans le circuit combustible) présentent plusieurs avantages potentiels, tels que :

— Le sel combustible, jouant à la fois le rôle de combustible et de caloporteur, possède des coefficients de contre-réaction thermique négatifs grâce à l’effet Doppler et à la dilatation thermique du sel (si celle-ci est permise par le design).

— Le mouvement du combustible en cœur participe à l’homogénéisation de sa composi-tion.

— Les plans de chargement, tels que définis pour les réacteurs à combustible solide, n’existent pas dans ce concept.

— L’ajustement de la composition et le retraitement du combustible sont réalisés par transferts fluides et peuvent être effectués sans arrêter le réacteur.

— La fabrication du combustible liquide est potentiellement plus simple que celle d’un combustible solide dans le sens où la fabrication des gaines et des assemblages n’est pas nécessaire. De même, les contraintes liées à la tenue de ces éléments sous irradiation n’existent pas.

1.4. CONCLUSION

— Le concept offre potentiellement une grande souplesse de pilotage pour le suivi de charge. Celui-ci peut être effectué par variation du débit des sels, sans barre de contôle. — La reconfiguration de la géométrie du combustible est possible par mouvement fluide,

grâce à un système de vidange par exemple.

— Le circuit combustible peut être dimensionné pour un fonctionnement à basse pression. — Le système global peut potentiellement être compact.

Les RSFs possèdent également un certains nombre de points faibles ou challenges qui seront abordés au travers de l’analyse de sûreté du MSFR dans les chapitres suivants. Nous pouvons néanmoins déjà citer :

— L’étude de la gestion du sel combustible et de son retraitement nécessite encore des recherches, de même que l’évaluation des propriétés physiques et chimiques du sel combustible.

— Le développement et la qualification de matériaux utilisables est à poursuivre et la conception des composants se trouvant au contact du combustible (par exemple les pompes ou les échangeurs de chaleur) pourrait constituer un défi technologique. En plus de la compatibilité avec les sels, les matériaux et les composants selectionnés doivent avoir une bonne tenue à haute température, sous irradiation, résister à la corrosion et à l’abbrasion éventuelle générée par la circulation d’éléments solides entraînés par le combustible.

— La diversité potentielle des localisations possibles pour le combustible en fonctionne-ment normal combinée avec l’état liquide du combustible rend plus impérative l’éva-luation des risques de fuite et de by-pass.

— Les spécificités des RSFs nécessitent d’adapter la démonstration de sûreté. L’établis-sement d’une réglementation et la procédure de licence sera probablement plus longue que pour un autre type de réacteur.

— Le retour d’expérience associé à la construction et au fonctionnement des RSFs est faible et se limite aux travaux réalisés à l’ORNL.

Les expériences réalisées à l’ ORNL ont néanmoins démontré la faisabilité de ce type de réacteur et certains des avantages précédemment cités. Actuellement différents concepts sont étudiés de par le monde au travers de projets nationaux ou par des start-up indépendantes. La grande diversité des concepts atteste la souplesse de ce type de réacteur en terme de design, choix du cycle combustible, du spectre neutronique, du sel, de la puissance, etc.

Parmi eux, le MSFR est étudié au CNRS et plus largement à l’échelle européenne dans le projet SAMOFAR. Le design de référence du MSFR, tel que défini au début du projet SAMOFAR, a été décrit dans ce chapitre. A titre de résumé, les caractéristiques principales du réacteur sont listées dans le tableau 1.11 et les principaux fluides employés sont donnés dans le tableau 1.12.

Comme tout réacteur nucléaire de quatrième génération, le MSFR doit répondre à dif-férentes contraintes dont un niveau de sûreté élevé. Cela justifie que l’étude de la sûreté du concept soit entreprise dès la phase préliminaire de son design. Les spécificités de ce réacteur, telles que l’état liquide du combustible, impactent l’approche de sûreté. Une méthodologie d’analyse de sûreté adaptée a donc été développée. Cette méthodologie et son application au MSFR sont présentées au chapitre 2.

Puissance thermique (MW_th) 3000

Rendement thermodynamique (%) 45

Taux de conversion 1,1

Spectre neutronique rapide

Cycle combustible Thorium (²³³T h/²³³U)

Contre-réaction thermique -8 pcm/K

Table 1.11 – Caractéristiques générales MSFR

Sel combustible - Option 1 :LiF −T hF4−233U F4 (77,5-19,9-2,6 % molaire)

composition initiale Option 2 :LiF −T hF₄−U F₄−(P u−AM)F₃ (77,5-6,6-12,3-3,6

% molaire)

Sel fertile - composition LiF −T hF₄ (77,5-22,5 % molaire)

initiale

Gaz du système de bullage hélium (+PFs gazeux)

Sel intermédiaire Option 1 : fluoroborate

Option 2 : FLiNaK

Option 3 : LiF-ZrF₄

Option 4 : FLiBe

Fluide du circuit de Option 1 : hélium

conversion Option 2 : eau supercritique

Option 3 : CO₂ supercritique

EDS - sel inerte Option 1 : fluoroborate

Option 2 : FLiNaK

Option 3 : LiF-ZrF₄

Option 4 : FLiBe

EDS - fluide de Option 1 : eau

refroidissement Option 2 : gaz inerte

Table ^{1.12 – Principaux fluides utilisés dans le MSFR}

De nombreux systèmes sont en cours de définition ou restent à définir. Par exemple, le design général du système de vidange d’urgence a été décrit mais ses dimensions ne sont pas fixées. Des études ont donc été réalisées, dans le cadre de cette thèse, pour dimensionner l’EDS et sont présentées au chapitre 5. De plus, le design présenté n’est pas définitif ; il est amené à évoluer avec les études de sûreté et de design. Les travaux réalisés pendant cette thèse s’inscrivent dans cette optique. Ainsi, des retours sur ce design sont présentés en chapitre 6.

Chapitre 2

Développement et première

application d’une méthodologie

d’analyse de sûreté pour le MSFR

Sommaire

2.1 Définition et principes généraux de la sûreté nucléaire . . . . 41