Un moyen d'action direct sur les caracteristiques neutroniques est de modier la composition du sel combustible, dans les limites autorisees par les contraintes physico-chimiques des sels candidats. Une premiere proposition interessante est de remplacer le LiF, qu'il faut enrichir en
6Li, par du NaF qui est plus accessible (present par exemple en quantite notable dans tous les dentifrices \au uor"). Cette etude realisee dans les annees 80 par EDF a montre que le sodium capture beaucoup trop pour remplacer integralement le lithium, imposant une augmentation de l'inventaire ssile de 10 a 50% pour un rapport NaF/BeF2 variant de 1 a 4 40].
Une autre solution peut ^etre alors de remplacer toujours par du NaF non plus le LiF mais le BeF2 du sel. On remplace ainsi le LiF-BeF2-ThF4 par le LiF-NaF-ThF4 dont le diagramme de phase presente deux eutectiques interessants 56]. Le moins riche en NaF a pour composition molaire 54.5% LiF-13.5% NaF-32% ThF4 (temperature de fusion de 525oC et densite evaluee a 3.3 g/cm3 a 900 K). Du fait de sa faible concentration en sodium, c'est ce sel, appele desormais \FLiNa", que l'on retient pour la suite. On veriera neanmoins que l'autre eutectique qui fond a 509oC pour une densite evaluee a 3.2 g/cm3 a 900 K (43.5% LiF-32.5% NaF-24% ThF4) est trop riche en sodium et n'autorise pas la surgeneration.
Performances avec le sel FLiNa (54.5% LiF - 13.5% NaF - 32% ThF
4)
On calcule la mise a l'equilibre du systeme de reference avec le sel FLiNa rempla cant le sel FLiBe du projet MSBR. Le dimensionnement de reference n'est pas modie, dans la mesure
Reaction Production Consommation
fission
2.500 1.000 232Th 0.011 233U 0.872
autres U 0.096 Pu 0.020 Cm 0.001 (n
2n
) 0.004 0.002 232Th 0.002 (n
) - 1.412 7Li 0.005 19F 0.006 23Na 0.015 PF 0.013 232Th 1.031
231Pa 0.002 233Pa 0.005
233U 0.113
autres U 0.162 237Np 0.022 Pu 0.039 Am 0.002 Cm 0.002 (n
) - 0.010 19F 0.010 (np
) - 0.001 19F 0.001 (n
)graphite - 0.042 reecteurs 0.020coeur 0.022 (
n
)B4C (10B) - 0.032 echangeur 0.031enceinte 0.001
fuite
- 0.000-total
2.504 2.504ou les proprietes physico-chimiques d'inter^et du FLiNa sont peu dierentes de celles du FLiBe. La condition de criticite au demarrage impose un inventaire d'233U de 1.53 t, au lieu de 1.12 t pour la conguration de reference. Les principales dierences qu'on peut observer sur le bilan neutronique detaille de l'equilibre (tableau 5.6) par rapport au cas de reference ne sont liees qu'au remplacement du beryllium par le sodium. La production de neutrons par (n,2n) se limite donc au thorium tandis que le uor monopolise les absorptions par (n,
). Au total, les composantes legeres du sel absorbent moins dans le FLiNa que dans le FLiBe, le surplus d'233U en masse au demarrage etant simplement d^u a la proportion plus importante de noyaux lourds dans ce sel (32% au lieu des 12.5% de reference). Le 23Na est toutefois le constituant leger du sel dont la section ecace moyenne de capture est la plus elevee avec 29 mbarn contre 2.2 mbarn pour le7Li et 1.0 mbarn pour le 19F. Le taux de regeneration a l'equilibre est legerement superieur au cas de reference (1.042 au lieu de 1.038). Mais du fait d'un inventaire initial superieur, le temps de premier doublement (\Td") est legerement plus important (29 ans, soit 4 ans de plus qu'avec le FLiBe). Le tableau 5.7 donne une vue d'ensemble de cette comparaison FLiNa/FLiBe.
observable noyau(x) FLiBe FLiNa
6Li 0.004 -taux de capture 7Li 0.018 0.005 (n,
) + (n,) 9Be 0.005 -(neutron/ssion) 19F 0.025 0.016 23Na - 0.015 232Th 65 92 inventaire (t) 233U1.25 1.76
a l'equilibre autres U 0.91 1.34 trans-U 0.13 0.19 taux de regeneration - 1.038 1.042 premier Td (ans) -25 29
Td a l'equilibre (ans) - 31 39Tab.5.7 { Quelques consequences du remplacement du FLiBe par le FLiNa, a l'equilibre. An d'apprecier, pour ce sel, la sensibilite de la surgeneration a la proportion de noyaux lourds, nous avons recalcule l'evolution en faisant varier la proportion de noyaux lourds de
20% par rapport a sa valeur de 32% dans le FLiNa, en maintenant le rapport LiF/NaF egal a 4. Avec le sel plus concentre en noyaux lourds de 20% (49.5% LiF-12.5% NaF-38% ThF4, densite prise egale a 3.4 g/cm3), on obtient le m^eme temps de premier doublement (29 ans). Le sel appauvri en noyaux lourds (59% LiF-15% NaF-26% ThF4, dont on estime la densite a 3.2 g/cm ) donne un temps de premier doublement plus long (35 ans).
Une autre variante envisageable est l'eutectique precedemment evoque, beaucoup plus riche en sodium (43.5% LiF-32.5% NaF-24% ThF4). Un avantage de ce sel est que sa temperature de fusion est moins sensible aux variations de composition que le FLiNa etudie ci-dessus. Le calcul de son equilibre dans le systeme de reference montre que le taux de capture du 23Na est multiplie par 3, passant de 0.015 a 0.047 neutron/ssion. Les taux d'absorption du 7Li et du
19F restent inchanges, mais les captures supplementaires dans le sodium susent a rendre le systeme tout juste regenerateur (taux de 0.996 a l'equilibre). Au cours de la mise a l'equilibre qui dure comme avec le FLiBe une cinquantaine d'annees, la production cumulee d'233U reste nulle a quelques dizaines de kg pres.
Le bilan n'est pas entierement negatif car ce sel permet, par rapport au FLiNa, une economie de lithium (4.5 t necessaires au lieu de 4.9 t). L'inventaire de thorium necessaire est egalement plus faible qu'avec le FLiNa (80 t au lieu de 92 t), de m^eme pour l'uranium (2.8 t au lieu de 3.1 t avec 1.60 t d'233U a l'equilibre contre 1.76 t avec le FLiNa) et les transuraniens (170 kg au lieu de 190 kg). On conserve neanmoins le FLiNa dans la suite, donnant ainsi la priorite aux performances surgeneratrices.