Le principe de fonctionnement et de conception d'un réacteur nucléaire

Pour comprendre le principe de fonctionnement et de conception d'un réacteur nucléaire, vous devez faire un petit tour dans le passé. Un réacteur nucléaire est une incarnation vieille de plusieurs siècles, mais pas complètement, le rêve de l'humanité d'une source d'énergie inépuisable. Son ancien «ancêtre» est un feu fait de branches sèches qui autrefois éclairait et réchauffait les voûtes de la grotte, où nos lointains ancêtres trouvaient le salut du froid. Plus tard, les gens ont développé des hydrocarbures - charbon, schiste, pétrole et gaz naturel.

Une ère de vapeur orageuse mais de courte durée a suivi, suivie d'une ère d'électricité encore plus fantastique. Les villes étaient remplies de lumière et les ateliers étaient remplis du rugissement de machines jusqu'alors invisibles, entraînées par des moteurs électriques. Puis il sembla que le progrès avait atteint son paroxysme.

Tout a changé à la fin du XIXe siècle, lorsque le chimiste français Antoine Henri Becquerel a accidentellement découvert que les sels d'uranium sont radioactifs. Deux ans plus tard, ses compatriotes Pierre Curie et son épouse Maria Sklodowska-Curie en ont obtenu du radium et du polonium, et le niveau de leur radioactivité était des millions de fois plus élevé que celui du thorium et de l'uranium.

Le bâton a été ramassé par Ernest Rutherford, qui a étudié en détail la nature des rayons radioactifs. Ainsi a commencé l'âge de l'atome, qui a donné naissance à son enfant bien-aimé - le réacteur atomique.

Premier réacteur nucléaire

"Firstborn" est originaire des États-Unis. En décembre 1942, le réacteur donna le premier courant, qui porta le nom de son créateur - l'un des plus grands physiciens du siècle, E. Fermi. Trois ans plus tard, l'installation nucléaire ZEEP a vu le jour au Canada. "Bronze" est allé au premier réacteur soviétique F-1, lancé à la fin de 1946. IV Kurchatov est devenu le chef du projet nucléaire national. Plus de 400 centrales nucléaires fonctionnent avec succès dans le monde aujourd'hui.

Types de réacteurs nucléaires

Leur objectif principal est de soutenir une réaction nucléaire contrôlée qui produit de l'électricité. Certains réacteurs produisent des isotopes. Bref, ce sont des dispositifs dans les profondeurs desquels certaines substances se transforment en d'autres avec la libération d'une grande quantité d'énergie thermique. Il s'agit d'une sorte de "four", où au lieu des types de combustibles traditionnels, les isotopes de l'uranium - U-235, U-238 et plutonium (Pu) - sont "brûlés".

Contrairement par exemple à une voiture conçue pour plusieurs types d'essence, chaque type de combustible radioactif correspond à son propre type de réacteur. Il y en a deux - sur les neutrons lents (avec U-235) et rapides (avec U-238 et Pu). La plupart des centrales nucléaires ont des réacteurs à neutrons lents. Outre les centrales nucléaires, les installations «travaillent» dans des centres de recherche, sur des sous-marins nucléaires et des usines de dessalement d'eau de mer.

Fonctionnement du réacteur

Tous les réacteurs ont à peu près le même schéma. Son «cœur» est une zone active. Il peut être à peu près comparé à la chambre de combustion d'un poêle ordinaire. Seulement à la place du bois de chauffage, il y a du combustible nucléaire sous la forme d'éléments combustibles avec un modérateur - TVEL. La zone active est située à l'intérieur d'une sorte de capsule - un réflecteur à neutrons. Les barres de combustible sont «lavées» par un liquide de refroidissement - l'eau. Le «cœur» ayant un niveau de radioactivité très élevé, il est entouré d'une radioprotection fiable.

Les opérateurs contrôlent le fonctionnement de l'usine à l'aide de deux systèmes critiques: le contrôle de réaction en chaîne et un système de commande à distance. En cas de situation anormale, la protection d'urgence se déclenche instantanément.

Fonctionnement du réacteur

La «flamme» atomique est invisible, puisque les processus se déroulent au niveau de la fission nucléaire. Au cours d'une réaction en chaîne, les noyaux lourds se désintègrent en fragments plus petits qui, lorsqu'ils sont excités, deviennent des sources de neutrons et d'autres particules subatomiques. Mais le processus ne s'arrête pas là. Les neutrons continuent à «se diviser», ce qui entraîne la libération d’une grande quantité d’énergie, c’est-à-dire ce qui se passe pour le bien des centrales nucléaires en cours de construction.

La tâche principale du personnel est de maintenir la réaction en chaîne à l'aide de barres de commande à un niveau constant et réglable. C'est sa principale différence avec la bombe atomique, où le processus de désintégration nucléaire est incontrôlable et se déroule rapidement, sous la forme d'une puissante explosion.

Ce qui s'est passé à la centrale nucléaire de Tchernobyl

L'une des principales raisons de la catastrophe de la centrale nucléaire de Tchernobyl en avril 1986 était une violation flagrante des règles de sécurité opérationnelle lors de la maintenance de routine de l'unité 4. Ensuite, 203 tiges de graphite ont été retirées du noyau en même temps au lieu de 15 autorisées par la réglementation. En conséquence, la réaction en chaîne incontrôlée qui a commencé s'est terminée par une explosion thermique et la destruction complète du groupe motopropulseur.

Réacteurs de nouvelle génération

Au cours de la dernière décennie, la Russie est devenue l'un des chefs de file de l'industrie mondiale de l'énergie nucléaire. À l'heure actuelle, la société d'État «Rosatom» construit des centrales nucléaires dans 12 pays, où 34 unités sont en cours de construction. Une telle demande est la preuve du niveau élevé de la technologie nucléaire russe moderne. Viennent ensuite les réacteurs de la nouvelle 4e génération.

"Brest"

L'un d'eux est Brest, qui est développé dans le cadre du projet Breakthrough. Les systèmes en boucle ouverte actuellement en service fonctionnent avec de l'uranium faiblement enrichi, ce qui laisse une grande quantité de combustible usé à éliminer, ce qui est coûteux. "Brest" est un réacteur à neutrons rapides, un cycle fermé unique.

Dans celui-ci, le combustible usé, après un traitement approprié dans un réacteur à neutrons rapides, redevient un combustible à part entière qui peut être rechargé dans la même installation.

Brest se distingue par un haut niveau de sécurité. Il "n'explosera" jamais même dans l'accident le plus grave, il est très économique et écologique, car il réutilise son uranium "renouvelé". Il ne peut pas non plus être utilisé pour produire du plutonium de qualité militaire, ce qui ouvre les plus larges perspectives d’exportation.

VVER-1200

Le VVER-1200 est un réacteur innovant de 3 générations et plus d'une capacité de 1150 MW. Grâce à ses capacités techniques uniques, il dispose d'une sécurité opérationnelle quasi absolue. Le réacteur est abondamment équipé de systèmes de sécurité passive qui fonctionneront même en l'absence d'alimentation électrique en mode automatique.

L'un d'eux est un système passif d'évacuation de la chaleur, qui est automatiquement activé lorsque le réacteur est complètement hors tension. Dans ce cas, des réservoirs hydrauliques de secours sont fournis. Avec une chute de pression anormale dans le circuit primaire, une grande quantité d'eau contenant du bore est introduite dans le réacteur, ce qui éteint la réaction nucléaire et absorbe les neutrons.

Un autre savoir-faire se trouve au fond de l'enceinte - le piège à fusion. Si néanmoins, à la suite de l'accident, le cœur «coule», le «piège» ne permettra pas à l'enceinte de s'effondrer et empêchera la pénétration de produits radioactifs dans le sol.