Combustible nucléaire

Centrale nucléaire | Carburant, fonctionnement, types, avantages, inconvénients

Une centrale nucléaire est une centrale thermique où le combustible nucléaire est utilisé pour générer la chaleur qui transforme l’eau en vapeur. Cette vapeur est en outre utilisée pour faire fonctionner la turbine. Cette turbine est connectée à un alternateur qui convertit l’énergie mécanique de la turbine en énergie électrique. Cela fonctionne sur le cycle de Rankine.

Dans une centrale nucléaire, le coût du combustible utilisé est très inférieur par rapport au coût de production total, ils sont donc utilisés comme stations de charge de base. La charge de base est le niveau minimal de demande d’énergie sur un réseau électrique sur une période de temps, par exemple une semaine ou un mois. Les centrales électriques qui ne modifient pas leur puissance rapidement, comme les grandes centrales au charbon ou nucléaires, sont généralement utilisées comme centrales à charge de base.

Dans une centrale nucléaire, un réacteur est utilisé pour produire de l’énergie à partir du combustible nucléaire. Ce qui est analogue au four d’une centrale thermique à charbon. Un réacteur nucléaire est l’endroit où la fission nucléaire se produit et où une grande quantité d’énergie est libérée.

Combustible nucléaire

Combustible nucléaire

Le combustible nucléaire est un matériau qui peut être utilisé pour la réaction de fission nucléaire dans un réacteur nucléaire. Lorsque la fission nucléaire se produit, un atome se divise en deux atomes et une grande quantité de chaleur est générée.

L’uranium (235) et le plutonium (239) sont deux combustibles nucléaires courants. L’uranium est un métal lourd et est présent en très grande quantité sur terre. Il possède deux isotopes Uranium (238) et Uranium (235). Les isotopes sont des atomes d’un même élément avec un nombre différent de neutrons.

Seul l’uranium (235) peut être utilisé pour le processus de fission et ce n’est que 0,7% de l’uranium total disponible. Le processus d’obtention, de raffinage et d’utilisation du combustible nucléaire est appelé cycle du combustible nucléaire.

Fonctionnement du réacteur nucléaire

Un réacteur nucléaire est essentiellement composé de trois éléments principaux: barres de combustible, barres de commande et modérateur. Dans une réaction nucléaire, un atome de carburant est bombardé de neutrons. Ce processus divise l’atome en deux atomes, avec une grande quantité de génération de chaleur.

Le but du modérateur est de convertir les neutrons énergétiques générés au cours du processus de fission en neutrons thermiques. Une partie de l’énergie des neutrons énergétiques est absorbée par le modérateur. Seuls les neutrons thermiques peuvent être utilisés pour poursuivre le processus de fission. Généralement, de l’eau ou de l’eau lourde est utilisée comme modérateur.

Les barres de contrôle sont utilisées pour absorber l’excès de neutrons générés pendant le processus de fission. Sinon, le processus de fission deviendra incontrôlable et le réacteur fondra.

Types de réacteurs nucléaires

  1. Réacteur à eau bouillante (REB)
  2. Réacteur à eau sous pression (REP)
  3. Réacteur à eau lourde sous pression (PHWR ou CANDU)
  4. Réacteur refroidi au gaz
  5. Réacteur à neutrons rapides
  6. Réacteur en graphite à eau légère

Réacteur à eau bouillante (REB)

Réacteur à eau bouillante

Réacteur à eau bouillante

La même eau qui est utilisée pour évacuer la chaleur du réacteur nucléaire est utilisée pour entraîner la turbine. En cas de fuite dans la turbine, la pompe, le condenseur ou tout autre tuyau, l’eau radioactive créera des problèmes.

Réacteur à eau sous pression

Réacteur à eau sous pression

Réacteur à eau sous pression

L’eau qui emporte la chaleur du réacteur transfère sa chaleur à l’eau entraînant la turbine à travers un échangeur de chaleur. L’eau qui transporte la chaleur du réacteur est mise sous pression afin qu’elle ne se transforme pas en vapeur. Ce type de réacteur utilise de l’uranium (235) avec un enrichissement de 3% à 4,5%.

Réacteur à eau lourde sous pression

Ce type de réacteur est identique au réacteur à eau sous pression, la seule différence est qu’il utilise de l’eau lourde comme modérateur et réfrigérant. Cette eau lourde est un bon modérateur comme l’eau normale mais a une très faible capacité à absorber les neutrons. Cela signifie que nous avons un plus grand nombre de neutrons thermiques pour poursuivre le processus de fission. Ce qui nous donne finalement la liberté d’utiliser l’uranium (235) à sa concentration naturelle, soit 0,7%.

Le réacteur à eau lourde sous pression est également connu sous le nom de CANDU. CANDU signifie Canada Deuterium Uranium.

Avantages de l’énergie nucléaire

  • Il produit moins de pollution atmosphérique par rapport à une centrale électrique à base de combustibles fossiles
  • Son carburant est abondant sur terre
  • Son carburant est bon marché
  • Son carburant a une densité énergétique très élevée

Inconvénients de l’énergie nucléaire

  • Ses déchets sont radioactifs et dangereux pour l’environnement et la vie humaine
  • Toute défaillance d’une centrale nucléaire peut provoquer une catastrophe
  • L’investissement en capital et le coût des infrastructures sont très élevés

Références:

Image (combustible nucléaire): https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fuel_Pellet.jpg#/media/File:Fuel_Pellet.jpg

Image en vedette: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/34/Kernkraftwerk_Grafenrheinfeld_-_2013.jpg/640px-Kernkraftwerk_Grafenrheinfeld_-_2013.jpg

Image (réacteur à eau bouillante): https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/15/Boiling_water_reactor_english.svg/1024px-Boiling_water_reactor_english.svg.png

Image (réacteur à eau sous pression): https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a0/PressurizedWaterReactor.gif

Centrale nucléaire: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Nuclear_power_plant

Réacteurs couramment utilisés: https://www.clpgroup.com/NuclearEnergy/Eng/power/power4_1_1.aspx

Combustible nucléaire: https://energyeducation.ca/encyclopedia/Nuclear_fuel

Eau lourde: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Pressurized_heavy-water_reactor

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