Il a ete etabli que dans le reacteur etudie, le graphite est le principal responsable de la mode-ration des neutrons. Pour cette raison, une modication des proportions relatives du sel et du graphite dans le cur a plus d'impact sur le spectre qu'une simple modication de la propor-tion des noyaux lourds dans le sel. Ainsi, la secpropor-tion ecace moyenne des produits de ssion se stabilise a 4.02 barn pour 19.4% de sel en cur (canaux de 12 cm de diametre), et a 2.43 barn pour 43.5% de sel en cur (canaux de 18 cm de diametre). Les neutrons sont en eet mieux moderes que dans le cur de reference dans le premier cas, et moins bien dans le second. Dans les trois cas, la masse totale des produits de ssion presents dans le sel est de 2101 kg.
Malgre ces dierences plus marquees que dans l'etude precedente, les taux de capture restent aussi proches (gure 4.10). Ceci s'explique par le fait que lorsque la proportion volumique de sel en cur augmente, la diminution de la section ecace moyenne de capture des produits de ssion s'accompagne entre autres de la diminution de la section ecace moyenne de ssion de l'233U. L'233U restant le principal noyau ssile et la puissance totale etant xee a l'identique dans les trois cas, le ux total augmente avec la proportion volumique de sel (tableau 4.7).
0 10 20 30 40 50 temps (annees) 0.012 0.013 0.014 0.015 0.016
taux de capture dans les PF (n/fission)
proportion sel = 19.4% proportion sel = 30.2% (ref) proportion sel = 43.5%
Fig.4.10 { Comparaison de l'evolution de l'empoisonnement des produits de ssion dans le RSF de reference a ceux obtenus pour des proportions volumiques de sel en c ur de 19.4% et 43.5% (diametres des canaux de 12 et 18 cm respectivement).
% vol. de sel en cur 19.4 30.2 43.5
N
233U (mol) 4.69 103 5.36 103 7.84 103 fission233U (barn) 96.1 67.0 39.8ux (n.cm;2.s;1) 2.56 1014 3.17 1014 3.62 1014
capturePF (barn) 4.02 3.19 2.43Tab.4.7 { Flux total et sections e caces moyennes a t = 50 ans, pour la proportion volumique de reference de sel en c ur (30.2%) et deux autres proportions l'encadrant (19.4% et 43.5%).
4.2.2 Actinides
Pour les actinides, la mise a l'equilibre est plus longue. Contrairement aux produits de ssion pour lesquels on a vu qu'elle etait essentiellement determinee par une extraction rapide, elle resulte pour les actinides qui restent dans le sel d'un lent equilibre par captures neutroniques successives. Nous allons presenter cette mise a l'equilibre dans le cas de reference et les autres cas extr^emes retenus, en insistant sur la vitesse et l'importance de chaque transitoire.
a - Cas de reference
Inventaires
L'inventaire total de noyaux lourds (numero atomique a partir de 90) est maintenu constant par l'ajustement de l'alimentation du systeme en thorium. Le tableau 4.8 montre que dans le cas de reference, cet inventaire est de 68 t environ, et qu'a l'equilibre un peu moins de 1.2 t de thorium ont ete remplacees dans ce stock par de l'uranium et des transuraniens. Du point de vue de ce critere, l'equilibre est pratiquement atteint apres 50 ans de fonctionnement, la puissance totale etant toujours en permanence de 2500 MWth. Les transuraniens, produits par capture sur l'uranium, sont plus longs a se stabiliser. L'equilibre est denitivement atteint apres 100 ans de fonctionnement, et est toujours decrit par la suite a cet instant.
(tonnes) t = 0 t = 50 ans t = 100 ans thorium 66.73 65.57 65.56
uranium 1.12 2.16 2.16
trans-U - 0.12 0.13
Tab. 4.8 { Evolution de la repartition en masse des actinides (tonnes) entre thorium, uranium et transuraniens, a inventaire de noyaux lourds constants, dans le cas de reference.
Le graphe de gauche de la gure 4.11 montre la stabilisation des isotopes du protactinium et de l'uranium directement issus du232Th. Le233Pa provient d'une capture sur le 232Th, suivie d'une desintegration
;. Il se forme tres rapidement une fois le systeme demarre, passant de 0 a son inventaire maximal de 24.7 kg en une cinquantaine de jours. Ce transitoire n'est pas visible sur l'echelle choisie ici, mais sera detaille plus loin, a l'occasion d'une discussion sur la duree totaleT
du retraitement. A partir de sa valeur maximale, l'inventaire du 233Pa decro^#t lentement jusqu'a se stabiliser a 21.3 kg. Par reaction (n,2n), le232Th produit egalement du231Th qui decro^#t en 231Pa, avec une demi-vie de 25.5 h. L'232U, dont l'accumulation est egalement representee, est forme par capture du 231Pa.Le graphe de droite de la gure 4.11 montre comment se constitue le vecteur isotopique de l'uranium a l'equilibre, par captures successives a partir de l'233U. Les petites uctuations visibles de l'inventaire d' U sont dues aux reajustements frequents du debit de reinjection de l' U,
0 10 20 30 40 50 temps (annees) 0 10 20 30 inventaire (kg) Pa233 U232 Pa231 0 10 20 30 40 50 temps (annees) 0 500 1000 1500 inventaire (kg) U235 U236 U234 U233
Fig. 4.11 { Mise a l'equilibre de l'inventaire des isotopes du protactinium et de l'uranium dans le systeme de reference.
destines a maintenir le systeme critique. Du fait de la predominance des ssions dans l'233U et du procede de pilotage en ligne de la reactivite, l'inventaire de l'233U evolue peu, augmentant tres legerement pour compenser l'apparition de poisons neutroniques. Cela s'explique egalement par l'apparition de l'235U, qui assure environ 10% des ssions a l'equilibre.
La gure 4.12 illustre la mise a l'equilibre des transuraniens, element par element.On constate logiquement que la duree du regime transitoire d'un element est d'autant plus longue que son nu-mero atomique est eleve. Le plutonium est majoritairement compose de238Pu, qu'on represente pour cette raison sur le m^eme graphe. La gure 4.13 detaille les noyaux parmi les transuraniens dont l'inventaire a l'equilibre est superieur a 1 kg, autres que le238Pu. L'243Am est le seul isotope de l'americium en quantite notable dans le sel. La mise a l'equilibre tardive du 246Cm montre que 100 ans est une valeur minimale pour le temps de mise a l'equilibre total du systeme.