Cycle thorium et réacteurs à sel fondu : exploration du champ des paramètres et des contraintes définissant le "Thorium Molten Salt Reactor"

par Ludovic Mathieu

Thèse de doctorat en Physique. Énergétique

Sous la direction de Daniel Heuer.

Soutenue en 2005

à Grenoble INPG .

mots clés

Résumé

Le recours à l'énergie électronucléaire pour diminuer les émissions anthropiques de CO2 nécessite des avancées technologiques majeures. Les réacteurs nucléaires de IVe génération doivent répondre à plusieurs contraintes, telles qu'une sûreté améliorée, la régénération du combustible et la minimisation de la production de déchets radioactifs. De ce point de vue, l'utilisation du Cycle Thorium en Réacteurs à Sel Fondu semble prometteuse. Cet axe de recherche, étudié dans le passé, avait cependant débouché sur un concept dont les défauts ont empêché la réalisation. Une nouvelle réflexion est menée afin de trouver des solutions et d'aboutir au concept de Thorium Molten Salt Reactor. Le couplage d'un code de transport de neutrons avec un code d'évolution des matériaux permet de simuler le comportement d'un coeur nucléaire, et de suivre son évolution tout au long de sa vie. Par cette méthode, nous avons étudié un large éventail de configurations de réacteurs. Les performances de ces systèmes ont été évaluées, grâce à un jeu de contraintes qu'ils doivent satisfaire au mieux. Ce travail a permis de comprendre bon nombre de phénomènes physiques régissant le comportement de ces réacteurs. Grâce à cette nouvelle compréhension, la recherche de configurations acceptables a pu aboutir à des solutions satisfaisantes, apportant un souffle nouveau dans le domaine des Réacteurs à Sel Fondu.

Titre traduit

Thorium cycle and molten salt reactors : field parameters and field constraints investigations toward "thorium molten salt reactor" definition

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Résumé

Producing nuclear energy in order to reduce the anthropic CO2 emission requires major technological advances. Nuclear plants of IVth generation have to respond to several constraints, as safety improvements, fuel breeding and radioactive waste minimization. For this purpose, it seems promising to use Thorium Cycle in Molten Salt Reactors. Studies on this domain have already been carried out. However, the final concept suffered from serious issues and was discontinued. A new reflection on this topic is being led in order to find acceptable solutions, and to design the Thorium Molten Salt Reactor concept. A nuclear reactor is simulated by the coupling of a neutron transport code with a materials evolution code. This allows us to reproduce the reactor behavior and its evolution all along its operation. Thanks to this method, we have studied a large number of reactor configurations. We have evaluated their efficiency through a group of constraints they have to satisfy. This work leads us to a better understanding of many physical phenomena controlling the reactor behavior. As a consequence, several efficient configurations have been discovered, allowing the emergence of new points of view in the research of Molten Salt Reactors.