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REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique

REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique. http://www.futuroscopie.com. jcabbe@free.fr. neutron. proton. quarks. noyau. électron. Matériau 10 -2 m 1. Atome 10 -10 m 0.00000001. Noyau 10 -14 m 0.000000000001. Nucléon 10 -15 m

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Presentation Transcript

  1. REACTIONS NUCLEAIRES DE FISSION ET DE FUSION. Applications dans le domaine énergétique http://www.futuroscopie.com jcabbe@free.fr J.Ch.Abbé

  2. neutron proton quarks noyau électron Matériau 10-2 m 1 Atome 10-10 m 0.00000001 Noyau 10-14 m 0.000000000001 Nucléon 10-15 m 0.00000000001 STRUCTURE DE LA MATIERE

  3. Stabilité des noyaux J.Ch.Abbé

  4. TABLEAU DE MENDELEEV

  5. ATOMES ET ISOTOPES

  6. REACTIONS NUCLEAIRES Projectile + noyau ciblea noyau formé (+ particule) s Proton Neutron Noyau Éventuellement radioactif(a,b,g) Section efficace de réaction Fonction, entre autres paramètres, de l’énergie du projectile

  7. Section efficace de réaction

  8. LA FISSION

  9. Le COMBUSTIBLE : URANIUM uranium naturel 99,3 % 0,7 % U 238 U235 (fissile) uranium enrichi 96,5 % 3,5 %

  10. LA REACTION EN CHAINE

  11. L ’ atome de gauche a la même somme de protons et de neutrons que les atomes de droite, pourtant il est plus lourd!!! LA FISSION LA MASSE EN PLUS, C ’EST DE L ’ENERGIE, MERCI EINSTEIN! EXEMPLE PRATIQUE + + ENERGIE Uranium 235

  12. Séparation U (yellow cake) Extraction du minerai Pastilles UO2 Enrichissement Crayon UO2 DU MINERAI AU COMBUSTIBLE Panier combustible

  13. ENRICHISSEMENT •  PAR DIFFUSION GAZEUSE ( Eurodif, Pierrelate) •  PAR CENTRIFUGATION •  PAR LASER

  14. URANIUM : Réserves mondiales

  15. REACTEUR NUCLEAIRE

  16. FILIERE Combustible Modérateur Caloporteur Réacteur Echangeur Turbine

  17. FILIERE Filière Combustible Modérateur Caloporteur Graphite/ gazU naturel GraphiteCO2 Eau lourde U naturelEau lourdeEau lourde Eau U enrichiEau Eau PWR - BWR Neutrons rapides Plutonium +Sodium Surrégénateur Uranium

  18. ASSEMBLAGE DU COMBUSTIBLE

  19. AU CŒUR DE LA CENTRALE (CUVE)

  20. RÉACTEUR NUCLÉAIRE Énergies pour demain Jean-Charles ABBE

  21. Turbine GV Alternateur Energie électrique Energie thermo- dynamique Energie mécanique Energie calorifique Energie Nucléaire U 235 Eau Circuit Primaire Vapeur/eau circuit secondaire Turbine PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE CENTRALE NUCLEAIRE Réacteur nucléaire

  22. LE RÉACTEUR : UNE MACHINE THERMIQUE

  23. Barre de pilotage Barre de sécurité Puissance Arrêt Fonctionnement CONTRÔLE DU FONCTIONNEMENT DU REACTEUR

  24. BARRIERES ET CONTROLES DE SECURITE Gaines de combustible Cuve du réacteur Enceinte du réacteur Barres de sécurité Adjuvant à l’eau de refroidissement Coefficient de température négatif

  25. FORMATION DE PU 239. SURRÉGÉRATEUR

  26. CYCLE DU COMBUSTIBLE

  27. VOLUME DÉCHETS RADIOACTIFS

  28. STOCKAGE EN SURFACE DES DÉCHETS FMA

  29. CENTRE DE STOCKAGE DE L’ AUBE

  30. MAQUETTE D’UN LABORATOIRE SOUTERRAIN

  31. Réacteur de 3 ième génération • EPR : European Pressurized Reactor Développement franco allemand des REP : . Sécurité accrue . Rendements améliorés (donc relativement moins de déchets) . Durée de vie prolongée (Rentabilité accrue) • Réacteurs haute température (HTR) Le PBMR anglo-saxon fonctionne à 900°C et les galets de combustible sont refroidis à l’hélium (sûreté accrue, puissance inférieure réacteurs classiques, moins de déchets, rentabilité inférieure)

  32. Réacteur de 4 ième génération

  33. Réacteur de 4 ième génération

  34. Système à SELS FONDUS

  35. RÉACTEUR HYBRIDE : Réactions sur le thorium

  36. RÉACTEUR HYBRIDE : la spallation

  37. FILIÈRE THORIUM. RÉACTEUR HYBRIDE

  38. Déchets radioactifs en fonction du temps selon filière

  39. Les réserves d’uranium dans le monde

  40. FUSION

  41. La FUSION

  42. Les 2 atomes de gauche ont la même somme de protons et de neutrons que l ’atome de droite ; pourtant, ils sont plus lourds !!! dm = 0,018747 * mp E = dm*c2 = 2,8 10-12 J = 17,6 MeV 4,973974 * mp 4,992722 * mp EXEMPLE PRATIQUE + + + ENERGIE Deuterium Tritium Hélium neutron FUSION

  43. REACTIONS DE FUSION D + T g 4He (3,14 MeV) + n (14 MeV) D + D g T (1 MeV) + p (3 MeV) D + D g 3He (0,8 MeV) + n (2,45 MeV) D + He g4 He (3 MeV) + p (14 MeV) 6 Li + n g 4 He (2 MeV) + T (2,7 MeV) D : deutérium ; T : tritium ; n : neutron

  44. CRITERE DE LAWSON DEFINIT LES CONDITIONS NECESSAIRES A L’ENTRETIEN DE LA REACTION DE FUSION n x T x τ > 5.10 21m-3.keV.s -n : densité du plasma (de l’ordre de 10-5 fois celle de l’air, 1 000 particules. m-3) en particule.m-3 -T : température du plasma (1 keV=11,6 millions de degrés) -τ : temps de confinement (de l'ordre de la seconde sur ITER) J.Ch.Abbé

  45. CONFINEMENT MAGNETIQUE les courants électriques utilisés sont de l'ordre de la dizaine de millions d'ampères (pour générer le courant toroïdal).

  46. TOKAMAK

  47. ITER : INTERNATIONAL THERMONUCLEAR EXPERIMENTAL REACTOR

  48. Chauffage du plasma • Effet joule (150 millions C°) • Injection de neutres • Par ondes • Par particules alpha JET (1997) : Q=0,64 (16 MW récupérés sur 25 MW injectés). ITER: Q=10 500 MW produit pendant 400 secondes. 50 MW injectés

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