1 et halogenes terres rares Nd, Pm, Sm, Eu Br, I 20 50

2

_{\semi-nobles"}^metaux _{In, Sn, Sb}^Zr

5

200

3

^elements_alcalins Sr, Cs, Ba

1

1000

Tab. 3.3 { Classes d'ecacite d'extraction des produits de ssion solubles, representatives des performances recherchees pour le retraitement du projet MSBR.

Il est commode de regrouper les valeurs souhaitees pour les produits de ssion solubles en trois classes d'ecacites, presentees dans le tableau 3.3. Y gurent egalement pour une duree

de retraitement

T

de 10 jours les constantes de temps caracteristiques 1/



e associees. La classe 1, d'ecacite 20%, est avant tout celle des terres rares, qui sont les produits de ssion qu'on souhaite extraire en priorite a cause de leur forte section ecace de capture. Les classes 2 et 3 ont des ecacites moindres (5 et 1%), et peuvent ^etre considerees comme des residus resultant de l'extraction preferentielle des terres rares.

Une quatrieme categorie de produits de ssion existe, pour laquelle une extraction se fait a une vitesse independante des procedes pyrochimiques prevus. Cette categorie est constituee des elements s'echappant tres rapidement du sel, qui sont de deux types" soit gazeux (xenon), soit se presentant sous la forme de petites particules metalliques (technetium). Contrairement au cas des produits de ssion solubles, l'extraction de ces elements ne repose sur aucune hypothese qui n'ait pas ete veriee experimentalement. Ainsi, l'experience du MSRE montre qu'ils sont emportes hors du sel par le bullage d'helium en un temps caracteristique inferieur a la minute 15]. Ces elements sont regroupes dans la classe 0, caracterisee non pas par une ecacite, mais par une constante de temps d'extraction



e telle que 1

e = 30 s. 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

3 3 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 1 0

37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

3 3 1 2 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 0 1 0

55 56 57 - 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Cs Ba La - Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

3 3 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0 1 0

Tab.3.4 { Extrait de la classication periodique des elements illustrant la repartition des classes d'ecacite (0, 1, 2 et 3) souhaitees et supposees des produits de ssion 40].

Le tableau 3.4 represente l'integralite des periodes 4, 5 et 6 de la classication periodique des elements chimiques. Les lanthanides sont les elements de numero atomique compris entre 57 (lanthane) et 71 (lutecium), et sont tous regroupes dans la troisieme case de la periode 6 (derniere ligne du tableau 3.4). Pour chacun de ces elements extraits en qualite de produit de ssion, on indique au-dessus du symbole chimique le numero atomique, et en dessous le numero de la classe d'ecacite a laquelle il appartient. On retrouve dans ce detail les grandes familles indiquees precedemment. La classe 0 regroupe ainsi les gaz rares (derniere colonne) et les metaux nobles situes entre le niobium et l'argent. Outre les elements de la troisieme colonne, parmi lesquels gurent les lanthanides, la classe 1 inclut les halogenes (avant-derniere colonne). La classe 3 ne concerne que les alcalins et alcalino-terreux (deux premieres colonnes).

Fig. 3.4 { Coecients de partage d'actinides (triangles) et de lanthanides (ronds) mesures dans le systeme d'extraction reductrice LiCl-KCl/Cd a 873 K 41]. Les courbes regroupent les coecients mesures dans le systeme LiF-BeF2/Bi a la m^eme temperature.

Ces classes caracterisent globalement l'extraction des produits de ssion du MSBR, basee sur l'extraction reductrice entre un sel de type FLiBe et un metal liquide reducteur qui est le bismuth. Ces valeurs sont en fait generalisables en premiere approximation a d'autres systemes, a commencer par le contact entre un sel de chlorures et du cadmium, que nous avons choisi de prendre en exemple dans ce chapitre. La gure 3.4 donne les coecients de partage

D

M

des lanthanides (abscisse inferieure) et des actinides (abscisse superieure) dans le systeme d'ex-traction LiCl-KCl/Cd a environ 900 K, et les compare aux valeurs obtenues dans le systeme LiF-BeF2/Bi. Plus precisement, les valeurs indiquees sont celles de la grandeur log(

D

1=n

M

=D

Li), avec

D

Licoecient de partage du lithium et

n

valence de l'element

M

extrait. D'apres la formule 2.3 du chapitre precedent, cette grandeur est egale a logK

n ,

K

etant la constante de la reaction d'extraction et log

K

representant l'ordonnee a l'origine des droites de partage (valeur log

D

M

du coecient de partage obtenue pour log

D

Li = 0). Pour chaque couple d'elements compares, la gure 3.4 nous fournit donc l'ecart constant entre leurs droites de partage, au facteur pres du rapport de leurs valences qu'on neglige dans les raisonnements a suivre. En premiere approxima-tion, l'inuence de la composition du sel sur les coecients de partage d'un systeme d'extraction reductrice peut ^etre negligee devant celle du metal solvant reducteur choisi 42]. Les donnees de la gure 3.4 sont donc caracteristiques du systeme chlorures/Cd d'une part, et du systeme uorures/Bi d'autre part, et seront analysees comme telles dans ce qui suit.

On constate d'abord que les deux systemes presentent sensiblement le m^eme ecart entre les coecients de partage a l'origine (log

K

) des actinides et ceux des lanthanides, entre 10 et

100 fois plus faibles. Cela conrme dans les deux cas la necessite de proceder a une extraction prealable des actinides. On remarque egalement que les coecients de partage des lanthanides en chlorures/Cd sont proches de ceux dans le retraitement du MSBR, et presentent la m^eme dependance avec le numero atomique. En particulier, le neodyme qui est avec le samarium un gros consommateur de neutrons, a le m^eme coecient dans les deux systemes. Ceci permet de conserver pour le retraitement d'un RSF a sels chlorures une ecacite d'extraction des terres rares de 20%. La repartition des autres elements au sein des classes d'ecacite inferieure est supposee inchangee. L'incidence de cette derniere approximation est limitee dans la mesure ou le spectre de notre RSF a sels chlorures est rapide, ce qui limite l'empoisonnement lie aux produits de ssion. Nous verierons ainsi que seuls les lanthanides jouent un r^ole signicatif dans le bilan neutronique. Enn, les elements insolubles (classe 0), soit gazeux soit metalliques, restent in-changes et sont toujours entra^#nes par un bullage d'helium, comme dans un RSF a sels uorures. Les ecacites d'extraction du tableau 3.4 seront donc conservees dans toutes les etudes a suivre, qui pourront neanmoins se distinguer par des durees de retraitement

T

dierentes.

Dans le document Potentialités du concept de réacteur à sels fondus pour une production durable d'énergie nucléaire basee sur le cycle thorium en spectre épithermique (Page 54-57)