Thread by @Draagonfire2

[🧵Thread réacteurs sels fondus: 3ème et dernière partie☢️]

Après une rapide revue des matériaux potentiels utiles dans ces réacteurs, cette troisième partie fera une synthèse sur les avantages et défis des RSF.

Si vous n'avez pas encore lu les deux parties précédentes, je vous remets le lien de la partie 1 :

Et de la partie 2 (indispensable pour comprendre celle qui vient).

Sur les matériaux donc.

Déjà un rappel pour l'aspect combustible et sel intermédiaire. Des échangeurs sel-sel donc. Il est possible d'envisager un gaz, pour une conversion directe par turbine à gaz.

La cuve est en acier. Il est possible que cet acier soit amélioré par rapport à celui des cuves REP. Cela dépendra de la fréquence de changement de cuve envisagée.

Les alliages métalliques fonctionnent à haute température, mais sont rapidement abimés au delà de 850°C. Donc on peut aussi envisager des matériaux réfractaires, qui résistent bien aux gradients thermiques.

Parenthèse: changement de cuve ? Oui c'est possible. C'est un choix industriel, les RSF mettent les cuves à rude épreuve en irradiation et en fatigue thermique. 

Maintenant pour les matériaux au contact direct du sel chaud, c'est encore à étudier.

Les tuyaux ? Il faut des sections isothermes, de faible longueur car il faut minimiser le volume hors coeur et de forme assez complexe.

Les pompes doivent assurer un débit volumique de 0.05 à 0.1m3/s chacune. On veut minimiser les pertes de charge, on a besoin d'une vitesse de fluide de qq m/s.

Sur un REP, les GMPP sont autour de 6m3/s, mais avec de l'eau.

=>Matériaux à étudier.

Les échangeurs doivent être compacts, résister à de forts gradients thermiques.

Pour les matériaux envisagés, les alliages métalliques, ou bien des composites

C-C ou Si-C.

Maintenant si on s'intéresse aux contraintes chimiques, mécaniques et thermiques des matériaux coeur, on a une liste de contrainte supplémentaire à prendre en compte.

Le flux neutronique étant assez bourrin, les matériaux subissent d'importants dégâts structurels sleon leur proximité de l'axe central du coeur.

Unité dpa=«déplacement par atome»=unité de mesure des dégâts au niveau microscopique.

Car vous adorez la cristallographie, si si.

Les dpa font des «trous» entraînant le vieillissement, la fragilisation ou la corrosion accélérée du matériau.

Sur une cuve REP, sur les aciers internes de cuve, on est à 60dpa sur 60 ans d'exploitation normale (calcul CEA). Donc 1dpa/an

Sur un RSF on va de 0 à 7.5dpa/an selon la profondeur.

Pauvre cuve🤣

[1/5 Petite digression sur les REP prolongés ou non à 60 ou 80 ans. Les neutrons qui fuient touchent parfois la cuve et causent des dpa. On doit donc anticiper ce flux de neutrons pour étudier la durée de vie de la cuve. Je ne résiste pas à l'envie de vous expliquer rapidement.

2/5

Donc quand vous entendrez des guignols vous dire que c'est prévu pour 40 ans et que c'est scandaleux et/ou dangereux d'aller à 50, 60, 80 vous saurez quoi en penser.

J'expliquerai un jour en détail la fluence.

3/5

Quand on vous parle d'étendre la durée de vie des réacteurs actuels, c'est l'essentiel du problème. On parle de "fluence neutronique" subie par les cuves. Donc son unité c'est neutrons/cm2.

EDF a optimise le flux neutronique, permettant d'espérer de viser + que 40 ans.

4/5

C'est un sujet très technique, faisant encore l'objet de thèses à l'heure où j'écris ces mots. Nous enverrons peut-être le parc nucléaire français à 80 ans, et ce serait une excellente chose. #climat

Les américains l'ont fait avec des cuves plus anciennes.

5/5

Il faut aussi étudier la tenue sur le temps long avec la température.]

Source: CEA

Retour aux RSF, partie thermique. Beaucoup de R&D sur l’échangeur, le reste est isolable thermiquement. Sur la résistance chimique, principalement éviter la corrosion, la solidification et la précipitation.

On termine ici la partie matériaux.

C'est bien tout ça mais ça existe les RSF ?

Outre les réacteurs du passé, beaucoup (beaucoup) de projets.

En France, où en est-on actuellement sur les sels fondus ? Le CEA s’y intéresse depuis seulement 2020.  Du côté du CNRS, le MSFR.

Il correspond aux caractéristiques que j’ai détaillé plus tôt, en particulier la partie retraitement qui est identique. C’est un rapide qui peut varier entre le bruleur et le surgénérateur.

3GWth

Sel LiF-ThF4-UF4-(TRU)F3

Couverture fertile LiF-ThF4

Il est lié au SAMOFAR (Safety Assessment of the Molten Salt Fast Reactor), un des principaux projets de recherche et d'innovation du programme de recherche Euratom Horizon 2020.

samofar.eu/concept/

Le projet SAMOSAFER est aussi en cours, Severe Accident Modeling and Safety Assessment for Fluid-fuel Energy Reactors

Sinon j'en ai déjà parlé mais il y a le projet NAAREA.

Chine :

SINAP-Liquid Fuel 1 et 2

Th/U sel F-Li-Be

2MWth pour le 1

168 MWe pour le 2

gen-4.org/gif/upload/doc…

Russie : MOSART

2400MWth pour 1000MWe, rapide, sel liquide.

Combustible usé de REP dans un sel in LiF-BeF2. Ajout externe U233 via thorium.

gen-4.org/gif/upload/doc…

Indian Molten Salt Breeder Reactor.

850MWe

Liquide, rapide.

Sel LiF-ThF4-UF4 ; couvrture LiF-ThF4.

barc.gov.in/randd/artnp.ht….

Canada: ISMR400 de Terrestrial Energy.

400 MWth, liquide, thermique incinérateur.

Sel NaF – RbF – UF4.

terrestrialenergy.com

USA, Terrapower (Bill Gates)

MCFR pour Molten Chloride Fast Reactor.

30MWth (prototype).

Rapide incinérateur ou surgénérateur. U/Pu chlorure. Thorium possible.

terrapower.com

Je ne vais pas tous les faire.

Une liste pour les curieux/curieuses.

Thorcon par Marthingale, USA

Transatomic Power Reactor, USA

Liquid Fluoride Thorium Reactor by Flibe Energy, USA

Stable Salt Reactor by Moltex, UK

(Mini)-Fuji, Thorium Tech Solution Inc, Japon, thermique.

Réacteur à fluide dual, IFK Berlin, Alleamgne, rapide.

Et les concepts solides (oui c'est original).

SINAP-SF1, Chine

MARS (micro-particle fuel autonomous molten salt cooled reactor, Kurchatov, Russie

SYNTHESE FINALE ! 🙂

On y arrive. Maintenant on va récapituler les avantages et les défis que posent les RSF en 2023.

La flexibilité est encore à évaluer, niveau primaire c'est possible, c'est à voir si techniquement le reste peut encaisser.

Encore beaucoup de R&D à fournir. Une difficulté industrielle identifiable est le cycle combustible, au niveau fabrication (même souci sur les RNR-Na). Il faudra notamment choisir entre chlorure et fluorure. Peu probable qu'on ait les 2 industries en parallèle.

Je remercie encore une fois mes relecteurs Daniel Heuer, directeur de recherche au CNRS et responsable du projet MSFR.

Merci aussi à Louiliam Clot @WilhemynK doctorant sur les RSF

Merci enfin à Laura Mesthiviers, docteur en physique des réacteurs à sel fondus.

@WilhemynK Conclusion personnelle :

J'ai adoré faire ce thread. Les RSF sont fascinants, c’est un sujet qui n’a pas assez d’intérêt au niveau mondial.

@WilhemynK L’avenir bas carbone à long terme de notre civilisation nécessitera toutes les technologies disponibles.

Mais ces technologies doivent être durables, et cette durabilité passe par l'amélioration permanente.

@WilhemynK Si vous me suivez, je ne vous apprendrai rien en vous disant de ne pas écouter les idéologues malfaisants: la recherche et l’exploitation de l’énergie nucléaire ont un grand avenir.

@WilhemynK Si, par ce thread j'ai pu vous faire découvrir certains aspects du nucléaire, alors j'en serais non seulement heureux mais également satisfait.

C'est une filière scientifique, technologique et industrielle remarquable.

@WilhemynK Message aux jeunes : faites de la science, de la technique, le monde en a terriblement besoin.  Vous êtes ce pour quoi il faut se battre. Cette fragile petite planète bleue abrite toute l'intelligence nécessaire à notre survie.

@WilhemynK Ce thread s’achève ici, je vous laisse méditer sur ces trois citations de Georges Vendryes et son livre « Les surgénérateurs » en parlant des RNR-Na. Ne refaisons pas les erreurs du passé.

@WilhemynK Si les sources vous intéressent, je mettrai un lien pour avoir les fichiers PDF que j'ai utilisé. Niveau livre c'est ça.

@WilhemynK Voici donc le 183e tweet du thread RSF. Un gros bébé qui mériterait sûrement un format de diffusion plus lisible. J'y réfléchis encore.

Bonne soirée/bonne journée !

En espérant que cela vous a plu 😄

Vive le nucléaire !

GMPP=groupe motopompe primaire