Qu’est-ce que le carburant UO2 amélioré – UO2 dopé – Définition

La plupart des REP utilisent du combustible à l’uranium, qui se présente sous la forme de dioxyde d’uranium. Le dioxyde d’uranium est un solide semi-conducteur noir à très faible conductivité thermique. D’autre part, le dioxyde d’uranium a un point de fusion très élevé et un comportement bien connu. L’UO₂ est pressé en pastilles 10, ces pastilles sont ensuite frittées dans le cylindre plein (d’une hauteur, et d’un diamètre d’environ 1 centimètre, la hauteur étant supérieure au diamètre). Les dimensions des pastilles de combustible et des autres composants de l’assemblage combustible sont contrôlées avec précision pour assurer la cohérence des caractéristiques du combustible. Ces pastilles sont ensuite chargés et encapsulés dans un crayon combustible (tube de gaine métallique), qui est en alliages de zirconium en raison de sa très faible section d’absorption (contrairement à l’inox). La surface du tube, qui recouvre les pastilles, est appelée gaine combustible. Les crayons combustibles sont des éléments de base d’un assemblage combustible. Les crayons combustibles ont pour but de contenir les produits de fission, d’assurer le support mécanique des pastilles et de permettre l’évacuation au fluide caloporteur de la chaleur générée par les réactions nucléaires. Le crayon combustible typique a une longueur d’environ 4 m et un diamètre d’environ 1 cm. Un cœur nucléaire de 1 100 MWe (3 300 MWth) peut contenir 157 assemblages combustibles composés de plus de 45 000 crayons combustibles et de quelque 15 millions de pastilles combustibles.

Granulés de carburant avancés

 Selon le rapport de l’AEN, les conceptions de combustibles couvertes par le groupe de travail sur les conceptions avancées de combustibles consistent en trois concepts différents:

• Combustible UO2 amélioré. En ce qui concerne le combustible UO2 amélioré, cette conception particulière a été divisée en deux sous-concepts, tels que l’UO2 dopé à l’oxyde et l’UO2 à haute conductivité thermique (conçu en ajoutant un dopant métallique ou céramique).
• Combustible à haute densité.
• Combustible encapsulé (pastilles composites TRISO-SiC).

Référence spéciale: Agence pour l’énergie nucléaire, État de l’art sur le combustible tolérant aux accidents des réacteurs à eau légère. NEA n° 7317, OCDE, 2018.

Combustible UO2 amélioré

La plupart des REP utilisent du combustible à l’uranium, qui se présente sous la forme de dioxyde d’uranium. Le dioxyde d’uranium est un solide semi-conducteur noir à très faible conductivité thermique. D’autre part, le dioxyde d’uranium a un point de fusion très élevé et un comportement bien connu. L’UO₂ est pressé en pastilles 10, ces pastilles sont ensuite frittées dans le cylindre plein (d’une hauteur, et d’un diamètre d’environ 1 centimètre, la hauteur étant supérieure au diamètre).

En ce qui concerne le carburant UO2 amélioré, cette conception particulière a été divisée en deux sous-concepts, tels que:

• UO2 dopé. Les attributs souhaitables des pastilles de combustible tolérantes aux accidents (ATF) comprennent l’amélioration de la rétention des produits de fission (FP) et la minimisation de l’interaction pastille-gaine. Selon les propositions de Westinghouse, la pastille UO₂ dopée à l’oxyde de chrome (Cr₂O₃) et à l’alumine (Al₂O₃), connue sous le nom de notre pastille ADOPT, atteint une plus grande efficacité de l’uranium grâce à:
  • Densité accrue de matière fissile
  • Un taux de fluage plus élevé que l’UO2 standard à haute température
  • Une plus grande stabilité thermique
  • Réduction du lessivage en cas de fuite d’une barre de combustible
  • Réduction des rejets de gaz de fission dans un scénario transitoire
• Haute conductivité thermique UO2 (conçu par ajout de dopant métallique ou céramique). Le dioxyde d’uranium est un solide semi-conducteur noir à très faible conductivité thermique. La conductivité thermique est l’un des paramètres qui déterminent la température centrale du carburant. Cette faible conductivité thermique peut entraîner une surchauffe localisée dans l’axe du carburant et cette surchauffe doit donc être évitée. Le concept de combustible cermet (céramique-métallique) pour les REO est considéré. Avec une faible fraction volumique d’additif métallique hautement conducteur, les pastilles de combustible CERMET présentent une conductivité plus élevée que les pastilles standard UO₂, abaissant la température du combustible dans des conditions normales de fonctionnement et augmentant les marges vis-à-vis de la fusion du combustible en cas d’accident.

Département américain de l’énergie, science des matériaux. DOE Fundamentals Handbook, Volume 1 and 2. Janvier 1993.
US Department of Energy, Material Science. DOE Fundamentals Handbook, Volume 2 et 2. Janvier 1993.
William D. Callister, David G. Rethwisch. Science et génie des matériaux : une introduction 9e édition, Wiley ; 9 édition (4 décembre 2013), ISBN-13 : 978-1118324578.
En ligneEberhart, Mark (2003). Pourquoi les choses se cassent : Comprendre le monde par la manière dont il se décompose. Harmonie. ISBN 978-1-4000-4760-4.
Gaskell, David R. (1995). Introduction à la thermodynamique des matériaux (4e éd.). Éditions Taylor et Francis. ISBN 978-1-56032-992-3.
González-Viñas, W. & Mancini, HL (2004). Une introduction à la science des matériaux. Presse universitaire de Princeton. ISBN 978-0-691-07097-1.
Ashby, Michael; Hugh Shercliff; David Cebon (2007). Matériaux: ingénierie, science, traitement et conception (1ère éd.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8391-3.
JR Lamarsh, AJ Baratta, Introduction au génie nucléaire, 3e éd., Prentice-Hall, 2001, ISBN : 0-201-82498-1.

Voir ci-dessus:
Carburant résistant aux accidents