XADS : eXperimental Accelerator Driven System [3] _______________

Jusqu’à présent, il semble juste de dire qu’aucune solution « socialement satisfaisante » n’a été trouvée concernant la façon de gérer les déchets radioactifs issus de l’exploitation des centrales nucléaires (plus communément ou médiatiquement appelés : « déchets nucléaires »). C’est pourquoi, de nombreux pays concernés par ce problème cherchent, depuis de nombreuses années, de nouveaux moyens pour parvenir à une situation acceptable. En France, une loi, dite « Loi Bataille », a été votée en ce sens en 1991 [33], définissant les trois principales voies de recherche :

1. celle permettant la séparation et la transmutation des déchets radioactifs,

2. celle étudiant leur stockage (réversible ou non) dans les couches géologiques profondes, 3. et enfin, celle étudiant leur entreposage en surface.

Les résultats de ces recherches doivent être présentés en 2006 afin de pouvoir adopter une position claire sur ce sujet.

Bien qu’à l’heure actuelle, la solution la plus envisagée par les acteurs concernés soit celle d’un stockage en profondeur, il semble que les perspectives offertes par l’utilisation de systèmes de transmutation (après séparation des résidus radioactifs) retiennent de plus en plus l’attention. En

* Exception faite de la source de particules, ne sont représentées sur les schémas d’ensemble des linacs que les structures accélératrices

puisque ce sont elles qui font l’objet des études que nous menons actuellement à l’IPN, avec en particulier, celle portant sur les cavités spoke que nous allons détailler dans ce mémoire.

effet, on peut lire dans le dernier rapport de la Commission Nationale d’Evaluation (CNE) relative aux recherches sur la gestion des déchets radioactifs : « Les recherches sur la transmutation […] sont d’une grande importance car elles font partie intégrante des possibilités de réduction de l’inventaire radiologique des déchets à longue vie […]. Elles constituent […] pour les citoyens un élément important […] des débats à venir. […] La remise en cause de certaines de ces recherches serait de nature à amoindrir la crédibilité de l’effort de l’ensemble. » [34].

Comme l’illustre la Figure 2.2, une réduction très importante de la radiotoxicité* en provenance du

combustible usé† pourrait être obtenue. En prenant comme référence celle du minerai d’Uranium,

on voit que celle-ci peut être atteinte en à peu près 700 ans (contre plus d’un million d’années sans transmutation). Signalons qu’aujourd’hui les 145 centrales nucléaires en service en Europe produisent environ 2500 tonnes de combustible usé à retraiter chaque année (dont à peu 3.5 tonnes d’actinides mineurs)…

Figure 2.2 : Radiotoxicité d’une tonne de combustible usé comparée à celle d’une tonne de minerai d’Uranium avant et après transmutation (avec un rendement de séparation de 99.9%) [35].

* La radiotoxicité d’un élément est définie comme le produit de l’activité (i.e. le nombre de désintégrations par seconde en Becquerel)

par le coefficient de dose effective (i.e. les dommages causés par les radiations exprimés en Sievert/Becquerel) pour un isotope donné.

† Le combustible usé se compose de quatre types de résidus radioactifs : a) l’uranium non consommé, b) les produits de fission, c) les

produits d’activation (issus de l’irradiation des structures du réacteur) et enfin, d) les actinides qui comprennent les actinides mineurs représentant la plus grande part de la radiotoxicité totale des déchets.

Au niveau européen, un groupe de travail a été mis en place en 1998, sous la présidence de Carlo Rubbia, afin d’étudier les systèmes dédiés à la transmutation des déchets nucléaires « pilotés » par un accélérateur ; systèmes appelés donc ADS (Accelerator Driven Systems). Il regroupe 26 institutions et laboratoires dans une douzaine de pays européens. Les études liées à ce projet sont

directement soutenues par l’Union Européenne qui a approuvé dans le cadre du 5ème PCRD, le

PDS-XADS qui lui a été remis (Preliminary Design Studies of an XADS : rapport d’études d’avant projet d’un ADS expérimental). Pour sa part, le CNRS a en charge la coordination de l’étude portant sur l’accélérateur, en collaboration avec le CEA/Saclay et l’INFN.

Ces ADS sont composés :

• d’un accélérateur de protons de haute intensité permettant de fournir une puissance de 10 à 40 MW (soit 10 à 40 mA pour un faisceau « typique » de 1 GeV),

• d’une cible de spallation fournissant le flux de neutrons nécessaire à la transmutation (≥ 1015 neutrons.cm-2.s-1),

• d’un réacteur sous-critique au sein duquel est placé le combustible contenant les actinides mineurs séparés des autres résidus radioactifs (tel que le Plutonium par exemple).

Un premier rapport identifiant les différentes étapes essentielles menant à la construction d’un système ADS a été rédigé en 2001 [35]. Il met en lumière les différents choix technologiques pour les principaux composants du système (i.e. l’accélérateur, la cible de spallation, les méthodes de séparation des éléments et le réacteur) et détaille les efforts de R&D nécessaires à l’aboutissement du projet final, c'est-à-dire, le développement des ADS à l’échelle européenne dans une configuration d’exploitation industrielle. A cet effet, il est prévu de mener cette tâche sur une longue période (approximativement une trentaine d’années). Elle passera donc par plusieurs étapes de validation des concepts retenus avec la construction d’un démonstrateur (comprenant 2 phases : XADS pour valider le choix de l’accélérateur, puis XADT pour valider le processus de transmutation) et d’un prototype ADT.

C’est donc dans le cadre de cette première phase de conception d’un démonstrateur expérimental que s’inscrivent les études menées à l’IPN sur les cavités supraconductrices. Cet XADS, utilisé à faible puissance (10 mA, 600 MeV), permettra de tester l’ensemble « Accélérateur-Cible de spallation », en étant particulièrement attentif aux aspects de fiabilité et de sécurité. Signalons pour conclure que les premiers calculs de simulation de dynamique de faisceau ont montré qu’un linac

composé de cavités supraconductrices dès 5 MeV, pouvait répondre aux exigences demandées [36]. Le schéma de principe de l’accélérateur est présenté en Figure 2.3.

LES CAVITES SUPRACONDUCTRICES