Fonctionnement d’un réacteur

Combustible d’uranium

Comme tous les autres éléments atomiques, l’uranium se présente sous différentes formes appelées « isotopes ». Son isotope le plus courant est 238U, qui constitue 99,28 % des atomes d’uranium. Le deuxième isotope de l’uranium le plus répandu, 235U (0,71 %), est celui que l’on utilise pour produire de l’électricité, car il peut facilement fissionner.

Comme la fission nucléaire est une source d’énergie très efficace, les réacteurs nucléaires consomment très peu de combustible. Une seule pastille de combustible d’uranium de 20 g peut produire la même quantité d’énergie que 400 kg de charbon, 410 l de mazout ou 350 m3 de gaz naturel.

The power of uranium (French)

Fission nucléaire

L’uranium (235U et 238U) est relativement stable avant d’être chargé dans le réacteur : il émet un rayonnement si faible qu’il n’est pas dangereux de se trouver à proximité des pastilles de combustible non irradiées. Toutefois, lorsqu’un atome de 235U est bombardé par un neutron, il se divise souvent (ou « fissionne ») en plusieurs parties, éjectant alors deux ou trois neutrons supplémentaires. Ce processus dégage de la chaleur, que l’on peut convertir en électricité.

Fission (French)

Dans un phénomène que l’on appelle souvent « réaction en chaîne », ces neutrons interagissent avec d’autres atomes de 235U à proximité et provoquent ainsi la fission de nouveaux atomes – un peu comme les boules de billard peuvent continuer de se frapper l’une l’autre après l’immobilisation de la boule blanche. En ajustant la concentration du combustible nucléaire et en ralentissant ou en absorbant les neutrons, on stabilise cette réaction en chaîne à la vitesse souhaitée dans un réacteur nucléaire.

Composants de base d’un réacteur nucléaire

Les composants de base d’un réacteur nucléaire sont le cœur, le circuit modérateur, les barres de commande, le circuit caloporteur et un blindage.

Le cœur d’un réacteur contient le combustible d’uranium. Les réacteurs à eau lourde CANDU utilisent de l’uranium naturel, dont 0,7 % est du 235U, tandis que les réacteurs à eau ordinaire utilisent de l’uranium qui a été enrichi afin que la concentration de 235U soit de l’ordre d’environ 3 à 5 %.

Le modérateur est une substance légère, par exemple de l’eau, qui permet aux neutrons de ralentir sans se faire capturer. Le ralentissement des neutrons rapides créés au cours de la fission améliore leur capacité à provoquer une nouvelle fission.

Les barres de commande sont fabriquées dans des matériaux qui absorbent les neutrons, par exemple le bore, l’argent, l’indium, le cadmium ou le hafnium. On les insère dans le réacteur pour réduire le nombre de neutrons et stopper ainsi le processus de fission au besoin. Ces barres permettent également de réguler le niveau et la répartition de la puissance du réacteur.

Un caloporteur est un fluide circulant dans le cœur du réacteur qui permet d’absorber et de transférer la chaleur dégagée par la fission nucléaire. Il maintient par le fait même la température du combustible dans les limites acceptables.

Le blindage est une structure entourant le réacteur et ses générateurs de vapeur, qui empêche les intrusions et protège les gens à l’extérieur contre les effets du rayonnement en cas de défaillance grave du réacteur. Il consiste généralement en une structure en béton et en acier d’une épaisseur de 1 m.

CANDU reactor schematic (French)