Comment fonctionne un réacteur à sels fondus (MSR) ?

Comme dans tout réacteur, la fission des atomes dégage de la chaleur. Dans un réacteur à sels fondus, le même liquide dans lequel a lieu la fission circule grâce à des pompes dans des « échangeurs de chaleur » : dans cette sorte de radiateurs, les canalisations où circule le sel fondu transmettent leur chaleur à un circuit secondaire. Le circuit secondaire amène ensuite la chaleur à la turbine qui génère l’électricité.

 

Le fait que le combustible soit liquide, est à l’origine de multiples avantages, explorés dès les années 50 par le Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL) dans le Tennessee, sous la direction d’Alvin Weinberg.

 

Dans un réacteur conventionnel, les pastilles d’uranium sont réparties en plus de 40 000 « crayons » répartis en 264 assemblages.

Le combustible ne reste dans le coeur du réacteur que 3 ans. Au moment où on le retire, seuls 3 à 5% du combustible ont été « brûlés ». Ceci est dû au caractère solide du combustible conventionnel.

Lorsqu’un noyau d’uranium 235 ou de Plutonium (ou d’Uranium 233 dans le cycle Uranium-Thorium) fissionne, il se brise en deux nouveaux éléments, qu’on appelle « produits de fission ».

D’autres noyaux vont au contraire absorber un neutron et se transformer en un nouvel  élément plus lourd, un « actinide mineur », du plutonium par exemple.

Produits de fission et actinides mineurs n’ont pas la même structure que le combustible de départ, ils peinent donc à trouver leur place dans les pastilles solides. Les forces qui en résultent vont craqueler les pastilles, voire déformer les gaines, au point parfois de les fragiliser. De plus, certains produits de fission comme le Xénon tendent « empoisonner «  la réaction en chaîne, parce qu’ils capturent des neutrons à la place de la matière fissile.

Il faut  donc changer les combustibles solides régulièrement, à la fois pour garantir un niveau satisfaisant de fission dans le réacteur, mais aussi pour éviter une perte d’intégrité des gaines du combustible.

Le MSR, lui, peut tourner en continu, sans pause « chargement de combustible ». Liquide, le combustible peut en effet être extrait et recyclé en continu, un peu comme on filtre en permanence l’eau d’une piscine. On peut ainsi en retirer quotidiennement les produits de fission pour les stocker à l’écart du réacteur. Quant aux actinides mineurs, dont le Plutonium, ils restent dans le coeur jusqu’à ce qu’ils fissionnent à leur tour et soient donc totalement « brûlés ».

 

Le retraitement continu permet à un réacteur à sels fondus d'utiliser plus de 99 % de son carburant nucléaire.