Fusion Fission Hybrid Reactor

Je suis parvenu à la fin de la rédaction de mon Kaiti ! Il me reste encore à préparer le PPT qui va bien et à le présenter mardi prochain (mais pas à mon prof, absent ce jour là), mais pour vous, en avant première, un aperçu du contenu.

Je bosse donc sur le Fusion Fission Hybrid Reactor, un grand mot pour désigner un réacteur alliant les technologies du réacteur à eau pressurisé, le réacteur de fission classique que l’on a en quantité en France et dans le monde entier, et du future réacteur à fusion et confinement magnétique, dont les dernières technologies sont encore en phase de test et attendent l’entrée en service d’ITER. Donc ce ne sera pas applicable immédiatement, car ITER n’en est encore qu’à sa phase de construction, mais ce projet est malgré tout d’actualité car il pourrait bien être incorporé aux premières générations de réacteurs de puissance à fusion.

J’aime présenter le réacteur hybride sous les points de vue respectifs du réacteur à fusion et du réacteur à fission.

D’abord du point du vue du réacteur à fusion. Un réacteur à fusion, c'est un grand Tokamak, une grande enceinte en forme de pneu posé à l’horizontal, le plasma et donc les réactions nucléaires ayant lieu à l’intérieur du pneu. Des grands aimants placés à l’extérieur sont là pour obliger les particules d’une part à ne pas sortir du pneu, mais d’autre part pour les empêcher d’approcher du mur de l’enceinte qui ne supporterait pas l’attaque répétée de particules à autres énergies.



Un problème cependant, la réaction de fusion que l’on considère dégage un neutron, particule non chargée, donc non sensible aux champs magnétiques créés par ces gros aimants. Ce neutron s’en donne à cœur joie pour aller abimer tous les composants de notre gros tokamak.


Une solution : construire ce qu’on appelle une couverture et la placer sur la paroi intérieure du pneu (en rouge sur la figure suivante). Cette couverture a la double fonction de ralentir les neutrons pour les empêcher de taper dans le mur, et on en profite pour rajouter des atomes permettant de se recharger en tritium, combustible de notre réaction de fusion.



L’ingénieur spécialisé dans les centrales à fission, entendant que l’on souhaite utiliser des couvertures dans le tokamak, accourt avec sa technologie, et propose trois nouvelles fonctions pour cette couverture : on va d’abord rajouter des éléments fissiles (comme l’U235) pour que les neutrons produisent des réactions de fission, on va produire plein d’énergie, et on va améliorer grandement la production d’énergie du tokamak. Ensuite, on va rajouter des éléments fertiles (comme l’U238 ou le Th232), comme ça on va pouvoir produire du nouveau combustible fissile sans effort. Enfin, on pourra venir placer nos déchets hautement radioactifs dans cette couverture, irradiés par les neutrons de la fusion, ils seront vite transmutés.

Mon projet personnel consiste à étudier en particulier la conversion de Th232 en U233 au sein d’une telle couverture. Le Th232, comme l’U238 sont des éléments fertiles, c'est-à-dire qu’ils ne vont pas se casser facilement sous l’attaque d’un neutron, contrairement à l’U235 que l’on utilise dans nos bonnes centrales françaises. Mais ces 2 éléments, en absorbant un neutron, subissent des désintégrations radioactives et se transforment respectivement en U233 et Pu239, qui sont eux des éléments fissiles.



En considérant les réserves totales de thorium et uranium, nos réserves en combustible nucléaire sont multipliés par un chiffre de l’ordre de 400, chiffre bien peu souvent mentionné par les sceptiques du nucléaire qui aiment affirmer que les réserves s’épuisent…


Mais revenons à nos moutons, qu’est-ce que le réacteur hybride du point du vue du réacteur à fission ? La principale différence réside dans l’apport d’une source extérieure de neutrons, produits dans le plasma. Le cœur fissionnel n’a donc plus besoin de fonctionner en régimes critique, c’est dire dans des conditions permettant à la réaction en chaine de s’entretenir d’elle-même, sans s’éteindre, mais sans s’emballer nous plus. Les accidents majeurs dans une centrale à fission sont dus à un emballement du cœur, une multiplication du flux de neutron, une augmentation incontrôlée de la température et patatras… Avec une source extérieure de neutron, plus besoin de fonctionner en régime critique, on fonctionne en régime sous-critique. Si les réactions de fusion cessent, les réactions de fissions cessent aussi. Le cœur ne peut pas s’emballer, tout le monde il est content.

Voilà, vous savez tout sur le projet que je mènerais l’année prochaine ! Au niveau des moyens, cela consistera essentiellement à mener des simulations numériques sur ordinateur, en utilisant la méthode Monte-Carlo.