Faits marquants
- Vitesse des neutrons: La différence fondamentale entre les réacteurs thermiques et les réacteurs rapides réside dans le niveau d'énergie des neutrons provoquant la fission. Les réacteurs thermiques utilisent des neutrons lents ou « thermiques » pour entretenir la réaction nucléaire en chaîne, tandis que les réacteurs rapides utilisent des neutrons de haute énergie ou « rapides ».
- Carburant et efficacité: Les réacteurs thermiques utilisent principalement comme combustible l'uranium 235 ou le plutonium 239, qui sont fissiles aux neutrons rapides et lents. Cependant, les réacteurs rapides peuvent également utiliser efficacement l’uranium 238, un isotope beaucoup plus abondant, et peuvent également en « produire » davantage de combustible (plutonium 239), ce qui conduit à une meilleure utilisation du combustible et à moins de déchets.
- Modération et refroidissement: Les réacteurs thermiques nécessitent un modérateur, comme l'eau ou le graphite, pour ralentir les neutrons jusqu'aux énergies thermiques, qui agit également comme liquide de refroidissement dans de nombreuses conceptions. Les réacteurs rapides, en revanche, n'utilisent pas de modérateur, l'objectif étant de maintenir la vitesse des neutrons. Au lieu de cela, ils utilisent des substances comme le sodium liquide, le plomb ou le sel fondu pour le refroidissement, qui ne ralentissent pas les neutrons.
Qu’est-ce qu’un réacteur thermique ?
Un réacteur thermique est un type de réacteur nucléaire qui s'appuie sur des neutrons thermiques pour entretenir une réaction de fission en chaîne. C'est un élément crucial des centrales nucléaires et des réacteurs de recherche. Le terme « thermique » fait référence au fait que les neutrons utilisés dans le processus de fission ont été ralentis ou modérés à des énergies plus basses, ce qui les rend plus efficaces pour provoquer la fission de certains isotopes de l'uranium et du plutonium.
Le principe de base d'un réacteur thermique est de contrôler le taux de fission nucléaire en utilisant un matériau modérateur, qui ralentit les neutrons rapides produits lors de la fission. Le modérateur le plus couramment utilisé dans les réacteurs thermiques est soit l'eau (réacteurs à eau légère), soit le graphite (réacteurs modérés au graphite).
Qu’est-ce qu’un réacteur rapide ?
Un réacteur rapide est un type de réacteur nucléaire qui utilise des neutrons rapides (neutrons ayant une énergie cinétique plus élevée) pour entretenir une réaction en chaîne de fission nucléaire. Contrairement aux réacteurs thermiques, qui reposent sur des neutrons thermalisés (ralentis), les réacteurs rapides utilisent des neutrons rapides pour fissionner certains isotopes du combustible nucléaire, tels que le plutonium 239 et l'uranium 233. Les réacteurs rapides sont conçus pour utiliser efficacement le combustible nucléaire et produire moins de déchets radioactifs que les réacteurs thermiques conventionnels.
Les réacteurs rapides présentent plusieurs avantages, notamment le potentiel d'augmentation du rendement énergétique, la réduction des déchets radioactifs à long terme et la possibilité d'utiliser certains combustibles nucléaires qui ne sont pas pratiques dans les réacteurs thermiques. Cependant, les réacteurs rapides présentent également des défis techniques et des problèmes de sécurité, tels que le risque d’augmentation rapide de la puissance (événements « critiques rapides ») et les propriétés corrosives des liquides de refroidissement métalliques.
Différence entre un réacteur thermique et un réacteur rapide
- Énergie neutronique : La principale différence entre les réacteurs thermiques et les réacteurs rapides réside dans l'énergie des neutrons utilisés pour entretenir la réaction en chaîne de fission nucléaire. Les réacteurs thermiques utilisent des neutrons thermalisés (ralentis), tandis que les réacteurs rapides utilisent des neutrons rapides (neutrons avec une énergie cinétique plus élevée).
- Utilisation du combustible : les réacteurs thermiques utilisent du combustible à l'uranium enrichi ; certains utilisent un combustible à oxydes mixtes (MOX) contenant une combinaison d'isotopes d'uranium et de plutonium. Les réacteurs rapides, en revanche, peuvent utiliser une gamme plus large de types de combustibles, notamment le plutonium 239 et l’uranium 233, et ont le potentiel d’atteindre un meilleur rendement énergétique et de générer moins de déchets radioactifs à vie longue.
- Modération des neutrons : Dans les réacteurs thermiques, un modérateur (par exemple, de l'eau ou du graphite) est utilisé pour ralentir les neutrons, ce qui augmente la probabilité de fission de certains isotopes. Les réacteurs rapides fonctionnent sans modérateur ou utilisent une modération minimale, s'appuyant sur des neutrons rapides pour les réactions de fission.
- Capacité de reproduction : les réacteurs rapides ont le potentiel d’être des « surgénérateurs », ce qui signifie qu’ils peuvent produire plus de matières fissiles qu’ils n’en consomment pendant leur fonctionnement. En convertissant les isotopes non fissiles (par exemple l'uranium 238) en isotopes fissiles, comme le plutonium 239, les réacteurs rapides peuvent générer du combustible nucléaire supplémentaire tout en produisant de l'énergie. Les réacteurs thermiques n'ont pas de capacités de reproduction significatives.
- Liquide de refroidissement : Les réacteurs thermiques utilisent l'eau comme liquide de refroidissement et parfois comme modérateur. En revanche, les réacteurs rapides utilisent des réfrigérants métalliques liquides, tels que le sodium ou le plomb, qui ont de bonnes propriétés de transfert de chaleur et peuvent éliminer efficacement la chaleur du cœur du réacteur.
Comparaison entre le réacteur thermique et le réacteur rapide
| Paramètres de comparaison | Réacteur thermique | Réacteur rapide |
|---|---|---|
| Énergie neutronique | Neutrons thermalisés (ralentis) | Neutrons rapides (énergie plus élevée) |
| Carburant | Uranium enrichi, combustible MOX | Plutonium-239, Uranium-233 et plus |
| La consommation de carburant | Efficacité énergétique modérée | Efficacité énergétique plus élevée (surgénérateur potentiel) |
| Système de refroidissement | Eau de refroidissement | Liquide de refroidissement métallique (par exemple, sodium, plomb) |
| Déchets nucléaires | Produit des déchets radioactifs à vie longue | Peut réduire les déchets à vie longue (éleveur potentiel) |
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S002954930900346X
- https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.13182/NT88-129
Dernière mise à jour : 18 août 2023
J'ai mis tellement d'efforts à écrire ce billet de blog pour vous apporter de la valeur. Cela me sera très utile, si vous envisagez de le partager sur les réseaux sociaux ou avec vos amis/famille. LE PARTAGE C'EST ♥️
Piyush Yadav a passé les 25 dernières années à travailler comme physicien dans la communauté locale. C'est un physicien passionné par l'idée de rendre la science plus accessible à nos lecteurs. Il est titulaire d'un baccalauréat en sciences naturelles et d'un diplôme d'études supérieures en sciences de l'environnement. Vous pouvez en savoir plus sur lui sur son page bio.
