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Advanced Reactor se rapproche de la réalité
Terrapower, une startup financée en partie par Nathan Myhrvold et Bill Gates, se rapproche de la construction d'un nouveau type de réacteur nucléaire appelé réacteur à ondes progressives qui fonctionne avec une forme abondante d'uranium. L'entreprise y voit une alternative possible aux réacteurs à fusion, qui sont également appréciés pour leur potentiel à produire de l'électricité à partir d'une source de combustible presque inépuisable.
Plante de rêve : Une conception récente d'un réacteur nucléaire connu sous le nom de réacteur à ondes progressives ressemble à certaines conceptions nucléaires conventionnelles, mais son fonctionnement est très différent.
Les travaux sur la conception du réacteur de Terrapower ont commencé en 2006. Depuis lors, la société a modifié sa conception d'origine pour que le réacteur ressemble davantage à un réacteur conventionnel. Les changements rendraient le réacteur plus facile à concevoir et à construire. L'entreprise a également calculé des dimensions précises et des paramètres de performance pour le réacteur. Terrapower prévoit de commencer la construction d'une centrale de démonstration de 500 mégawatts en 2016 et de la démarrer en 2020. Elle travaille avec un consortium de laboratoires nationaux, d'universités et d'entreprises pour surmonter le principal défi technique du nouveau réacteur : développer de nouveaux matériaux qui peuvent résister à une utilisation dans le cœur du réacteur pendant des décennies à la fois. Il n'a pas encore trouvé de site pour une usine expérimentale ou le financement pour la construire.
Le réacteur est conçu pour être plus sûr que les réacteurs nucléaires conventionnels, car il ne nécessite pas d'électricité pour faire fonctionner les systèmes de refroidissement afin d'éviter une fusion. Mais le nouveau réacteur ne résout pas ce qui est probablement le plus gros problème auquel l'énergie nucléaire est confrontée aujourd'hui : le coût élevé de leur construction. John Gilleland, PDG de Terrapower, a déclaré que la société s'attend à ce que les réacteurs coûtent à peu près autant à construire que les réacteurs conventionnels, mais le jury n'est toujours pas d'accord.
Les réacteurs conventionnels produisent de la chaleur et de l'électricité à la suite de la fission d'une forme rare d'uranium, l'uranium 235. Dans un réacteur à ondes progressives, une petite quantité d'uranium 235 est utilisée pour démarrer le réacteur. Les neutrons produits par le réacteur convertissent ensuite l'uranium 238 beaucoup plus abondant en plutonium 239, une matière fissile pouvant générer la chaleur nécessaire à l'énergie nucléaire. L'uranium 238 est facilement disponible en partie parce qu'il s'agit d'un déchet des processus d'enrichissement utilisés pour fabriquer du combustible nucléaire conventionnel. Il pourrait également être abordable à l'avenir d'extraire l'uranium 238 de l'eau de mer si la demande de combustible nucléaire est élevée. Terrapower dit qu'il y a assez de ce carburant pour approvisionner le monde en électricité pendant un million d'années, même si tout le monde utilisait autant d'énergie que les gens aux États-Unis.
Dans la conception originale de Terrapower, le cœur du réacteur était rempli d'une grande collection d'uranium 238. Le processus de conversion commence à une extrémité, produisant du plutonium qui est immédiatement divisé pour générer de la chaleur et convertir plus d'uranium en plutonium. La réaction se déplace d'un bout à l'autre - dans une onde progressive - jusqu'à ce qu'aucune autre réaction ne puisse se produire.
Dans la nouvelle conception, les réactions ont toutes lieu près du centre du réacteur au lieu de commencer à une extrémité et de se déplacer vers l'autre. Pour commencer, des crayons combustibles d'uranium 235 sont disposés au centre du réacteur. Autour de ces barres se trouvent des barres constituées d'uranium 238. Au fur et à mesure des réactions nucléaires, les barres d'uranium 238 les plus proches du cœur sont les premières à être converties en plutonium, qui est ensuite utilisé dans des réactions de fission qui produisent encore plus de plutonium dans le combustible voisin. tiges. Au fur et à mesure que les crayons combustibles les plus internes sont épuisés, ils sont retirés du centre à l'aide d'un dispositif mécanique télécommandé et déplacés vers la périphérie du réacteur. Les barres d'uranium 238 restantes, y compris celles qui étaient suffisamment proches du centre pour qu'une partie de l'uranium ait été convertie en plutonium, sont ensuite déplacées vers le centre pour remplacer le combustible usé.
Dans ce système, la chaleur est toujours générée à peu près dans la même zone à l'intérieur du cœur du réacteur, près du centre. En conséquence, il est plus facile de concevoir les systèmes pour extraire et utiliser la chaleur pour produire de l'électricité.
L'un des défis de cette conception est de s'assurer que le revêtement en acier qui contient le combustible dans les barres de combustible peut survivre à une exposition à des décennies de rayonnement. Les matériaux actuels ne sont pas assez bons : d'une part, ils commencent à gonfler, ce qui fermerait les espaces entre les crayons combustibles à travers lesquels le fluide caloporteur est censé s'écouler. Pour durer 40 ans, les matériaux devraient être deux à trois fois plus durables, selon Terrapower.
L'entreprise utilise des modèles informatiques pour anticiper l'évolution des matériaux actuellement disponibles au fil du temps et développe des conceptions de réacteurs qui anticipent ces changements. Par exemple, si l'on savait qu'un matériau gonflerait dans les conditions à l'intérieur du réacteur, les espaces entre les barres de combustible seraient conçus pour s'adapter à ce gonflement, explique Doug Adkisson, directeur des opérations chez Terrapower.
Terrapower a également développé des conceptions pour un système de refroidissement passif. Comme beaucoup d'autres conceptions de réacteurs avancées, Terrapower utilise du sodium métallique fondu comme liquide de refroidissement. Le sodium met beaucoup plus de temps à bouillir que l'eau, ce qui donne aux opérateurs d'usine plus de temps pour intervenir en cas d'accident. Il serait également possible d'utiliser la convection naturelle et le refroidissement par air en cas de panne de courant - le liquide de refroidissement n'aurait pas à être pompé en continu dans le réacteur, comme ce fut le cas à Fukushima. Cependant, l'un des dangers de l'utilisation du sodium est qu'il réagit violemment lorsqu'il est exposé à l'air ou à l'eau.
Les prochaines étapes de Terrapower incluent la finalisation de la conception et la recherche de partenaires pour construire les centrales. Il est en pourparlers avec des organisations en Chine, en Russie et en Inde. Gilleland dit que la société s'attend à avoir une annonce sur les partenaires dans les prochains mois.