Réacteurs Nucléaires: Fonctionnement et Types

Utilisation de l'Énergie de Fission Nucléaire

L'utilisation à des fins pratiques de l'énergie libérée dans les réactions de fission nucléaire est fondée sur plusieurs faits importants:

• Ces réactions ont vérifié la possibilité de la réaction en chaîne.
• Les neutrons de haute énergie individuelle ne sont pas adaptés pour produire une réaction de fission. Il est nécessaire de les ralentir, en diminuant leur énergie à environ 0,02 eV. Ceci est atteint en faisant entrer les atomes en collision à plusieurs reprises avec des substances légères, appelées modérateurs.
• Les neutrons produits:
  • Peuvent s'échapper de la matière fissile sans produire de réaction.
  • Peuvent être absorbés par les impuretés.
  • Peuvent être absorbés par les noyaux sans causer de fission.

Caractéristiques d'un Réacteur Nucléaire

La partie centrale du réacteur, appelée le noyau, contient le combustible et les éléments nécessaires pour produire et contrôler la réaction de fission: le modérateur et les barres de contrôle.

Le combustible, de différentes tailles et formes, est généralement revêtu d'une couche protectrice, appelée gaine, habituellement métallique. Elle isole pour éviter des réactions chimiques et la production de produits de fission hautement réactifs.

Pour démarrer, il faut une source de neutrons, généralement entourée par le modérateur.

Autour du cœur, pour prévenir la fuite de neutrons, il y a habituellement un réflecteur constitué d'un matériau similaire à celui du modérateur. Enfin, pour protéger l'environnement contre les rayonnements de neutrons produits au moment de la fission et par la suite, le réacteur est entouré d'un blindage en béton épais de plusieurs pieds, retenant les radiations.

Différents Types de Réacteurs Nucléaires

• Réacteurs de production d'électricité: ce sont ceux que l'on trouve dans les centrales nucléaires, dans lesquelles l'énergie thermique est convertie en énergie électrique à travers une turbine, en utilisant un procédé similaire à celui des centrales thermiques conventionnelles.
• Réacteurs de recherche: ils sont utilisés comme source de neutrons de haute intensité et pour produire des radio-isotopes.
• Réacteurs surgénérateurs: ils transforment la matière fertile en matière fissile.

Les Centrales Nucléaires

Les centrales nucléaires sont des installations qui convertissent l'énergie de fission nucléaire en énergie électrique.

• À l'intérieur du réacteur nucléaire, l'énergie est convertie en énergie thermique.
• Dans les turbines, l'énergie thermique extraite du fluide frigorigène est transformée en énergie mécanique.
• Le générateur transforme l'énergie mécanique en énergie électrique.

La chaleur produite dans le réacteur, à la suite des réactions de fission, réchauffe le liquide de refroidissement qui circule à haute pression dans les tuyaux qui forment le circuit primaire de refroidissement. En atteignant les générateurs de vapeur, il retourne vers le réacteur grâce à la dynamique de la pompe.

Dans les générateurs de vapeur, la chaleur transforme l'eau en vapeur dans le circuit secondaire. La vapeur se dirige vers le bâtiment des turbines, où elle déplace les pales des turbines haute pression et basse pression. Ensuite, elle se dirige vers le condenseur, où elle se liquéfie grâce à l'action d'un système de refroidissement qui prend l'eau d'une rivière ou de la mer, puis la retourne à son lieu d'origine.

Le condensat de vapeur est dirigé vers le générateur de vapeur par la pompe, et le cycle se répète successivement.