Réacteur nucléaireUn réacteur nucléaire est un ensemble de dispositifs comprenant du combustible nucléaire, qui constitue le « cœur » du réacteur, dans lequel une réaction en chaîne peut être initiée et contrôlée par des agents humains ou par des systèmes automatiques, suivant des protocoles et au moyen de dispositifs propres à la fission nucléaire. La chaleur ainsi produite est ensuite évacuée et éventuellement convertie en énergie électrique.
Cycle du combustible nucléaire au thoriumLe cycle du combustible au thorium décrit l'utilisation du thorium 232, un élément abondant dans la nature, comme matériau fertile permettant d'alimenter un réacteur nucléaire. Le cycle du thorium présente de nombreux avantages théoriques par rapport à un cycle à l'uranium : le thorium est trois à quatre fois plus abondant que l'uranium, notamment dans les pays qui sont susceptibles de construire des réacteurs dans le futur, comme l'Inde, le Brésil et la Turquie.
Combustible nucléairevignette|Modèle de l'atome. Le combustible nucléaire est le produit qui, contenant des isotopes fissiles (uranium, plutonium...), fournit l'énergie dans le cœur d'un réacteur nucléaire en entretenant la réaction en chaîne de fission nucléaire. Les termes « combustible » et « combustion » sont utilisés par analogie à la chaleur dégagée par une matière en feu, mais sont inappropriés pour caractériser tant le produit que son action.
Spent nuclear fuelSpent nuclear fuel, occasionally called used nuclear fuel, is nuclear fuel that has been irradiated in a nuclear reactor (usually at a nuclear power plant). It is no longer useful in sustaining a nuclear reaction in an ordinary thermal reactor and, depending on its point along the nuclear fuel cycle, it will have different isotopic constituents than when it started. Nuclear fuel rods become progressively more radioactive (and less thermally useful) due to neutron activation as they are fissioned, or "burnt" in the reactor.
Réaction en chaîne (nucléaire)vignette|redresse=1.3|Schéma d'une réaction en chaîne de fission nucléaire1. Un atome d' absorbe un neutron et se divise en deux nouveaux atomes (produits de fission), relâchant trois nouveaux neutrons et de l'énergie de liaison.2. L'un des neutrons est absorbé par un atome d' et ne continue pas la réaction, un autre neutron est simplement perdu. Cependant, un neutron entre en collision avec un atome d', qui se divise et relâche deux neutrons et de l'énergie de liaison.3.
Nuclear engineeringNuclear engineering is the engineering discipline concerned with the design and application of systems that make use of the energy released by nuclear processes. The most prominent application of nuclear engineering is the generation of electricity. Worldwide, some 440 nuclear reactors in 32 countries generate 10 percent of the world's energy through nuclear fission. In the future, it is expected that nuclear fusion will add another nuclear means of generating energy.
Nuclear reactor physicsNuclear reactor physics is the field of physics that studies and deals with the applied study and engineering applications of chain reaction to induce a controlled rate of fission in a nuclear reactor for the production of energy. Most nuclear reactors use a chain reaction to induce a controlled rate of nuclear fission in fissile material, releasing both energy and free neutrons.
Réacteur nucléaire à sels fondusLe réacteur nucléaire à sels fondus (RSF ; molten salt reactor, MSR) est un concept de réacteur nucléaire dans lequel le combustible nucléaire se présente sous forme liquide, dissous dans du sel fondu (à ) qui joue à la fois le rôle de caloporteur et de barrière de confinement. Le réacteur peut être modéré par du graphite (produisant des neutrons thermiques) ou sans modérateur (neutrons rapides). Le concept a été étudié en laboratoire pendant les années 1960, puis délaissé dans les années 1970 faute de financement et malgré des résultats probants.
SurgénérationLa surgénération ou surrégénération est la capacité d'un réacteur nucléaire à produire plus d'isotopes fissiles qu'il n'en consomme, en transmutant des isotopes fertiles en isotopes fissiles. Le seul isotope fissile disponible en tant que ressource naturelle sur Terre est l'uranium 235, directement exploitable dans le cycle du combustible nucléaire. La surgénération permet théoriquement de valoriser en tant que combustible nucléaire l'ensemble des matières fertiles tels l'uranium 238, qui représente plus de 99 % de l'uranium naturel, et le thorium, lui-même trois fois plus abondant que l'uranium.
Température neutroniquevignette|400px|Graphique des fonctions de densité de probabilité de vitesse de la vitesse de quelques gaz nobles à une température de (). Des distributions de vitesse similaires sont obtenues pour des neutrons modérés. La température neutronique, aussi appelée par métonymie « énergie des neutrons », est l'énergie cinétique moyenne d'un neutron libre dans sa population, énergie qui est habituellement donnée en électron-volts (abréviation eV et ses multiples, keV, MeV), la température étant en kelvins (K) ou en degrés Celsius (°C).
Enriched uraniumEnriched uranium is a type of uranium in which the percent composition of uranium-235 (written 235U) has been increased through the process of isotope separation. Naturally occurring uranium is composed of three major isotopes: uranium-238 (238U with 99.2739–99.2752% natural abundance), uranium-235 (235U, 0.7198–0.7202%), and uranium-234 (234U, 0.0050–0.0059%). 235U is the only nuclide existing in nature (in any appreciable amount) that is fissile with thermal neutrons.
Isotope fissileUn isotope fissile est un élément chimique dont le noyau atomique peut subir une fission nucléaire sous l'effet d'un bombardement par des neutrons thermiques ou rapides. Le seul isotope fissile naturel par des neutrons thermiques est l', les autres étant produits artificiellement. Le terme « fissible », à l'emploi moins répandu, renvoie à des isotopes susceptibles de fissionner uniquement sous l'effet d'un bombardement de neutrons rapides.
Modérateur (nucléaire)Placé au cœur d'un réacteur nucléaire, le modérateur est la substance qui ralentit les neutrons sans les absorber, permettant ainsi une réaction nucléaire en chaîne efficace. L'élément retenu pour concevoir le modérateur d'un réacteur nucléaire est le plus souvent soit : de l'hydrogène : réacteur à eau légère ; du deutérium : réacteur à eau lourde ; ou du carbone : réacteur au graphite. Le principe de ralentissement des neutrons est théorisé par le concept de thermalisation des neutrons et est utilisé dans les réacteurs à neutrons thermiques.
Produit de fissionLes produits de fission sont des corps chimiques résultant de la fission d'un noyau atomique fissile : chaque noyau de matière fissile subissant une fission nucléaire se casse en deux (exceptionnellement trois) morceaux, qui se stabilisent sous forme de nouveaux atomes. Les produits de fission se forment suivant une distribution statistique (qui dépend faiblement du noyau fissile) et on y trouve des isotopes d'une bonne partie des éléments chimiques existants.
Isotope fertileUn isotope fertile est un isotope qui peut produire un isotope fissile à la suite de la capture d'un neutron, directement, ou après une désintégration bêta. Les deux isotopes fertiles présents dans la nature, que l'on peut utiliser dans un réacteur nucléaire, sont le thorium 232 et l'uranium 238. L'isotope fertile le plus connu est l'isotope majoritaire de l'uranium, l'U238, qui représente 99.3% en masse de l'uranium naturel. Du fait de son mélange avec le nucléide fissile U235, ce nucléide a contribué dès les premiers réacteurs nucléaires à produire du plutonium.
Uranium 236L'uranium 236, noté U, est l'isotope de l'uranium dont le nombre de masse est égal à 236 : son noyau atomique compte et avec un spin 0+ pour une masse atomique de . Il est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de . Émetteur α de la chaîne de désintégration du thorium , sa demi-vie est de d'années, la plus élevée après le (qui n'est pas produit par le cycle de l'uranium) parmi les transuraniens autres que l', l' et le existants à l'état naturel. redresse=1.
Réacteur nucléaire hybride fusion fissionUn réacteur nucléaire hybride fusion fission est un concept de réacteur nucléaire qui utilise une combinaison de processus de fusion et de fission nucléaires. Dans un tel réacteur, des neutrons rapides à haute énergie provenant d'un réacteur à fusion déclenchent la fission de combustibles de manière sous-critique. Les réactions de fission ne seraient donc pas en chaîne auto-entretenue.
Flux neutroniqueUn flux neutronique désigne une densité volumique de neutrons ayant la même vitesse, multipliée par cette vitesse : Φ = n • v . Il caractérise l'interactivité de la population des neutrons en déplacement avec les atomes du milieu. Une population de densité n / 2 se déplaçant à la vitesse v aura la même interactivité avec les atomes du milieu qu'une population de densité n allant à la vitesse v / 2. Il se mesure en . L'unité pratique est le neutron par centimètre carré et par seconde, .
Clementine (réacteur)Clementine était le premier réacteur nucléaire à neutrons rapides expérimental. Il se situait dans le laboratoire national de Los Alamos au Nouveau-Mexique. Le réacteur a été construit en 1946, peu après que Enrico Fermi propose le concept de surgénérateur en 1945. Le réacteur a fonctionné à partir de 1946 et a atteint sa puissance maximale en 1949. Le but du réacteur était la recherche pour la fabrication d'arme nucléaire mais des expériences ont aussi été menées pour étudier la faisabilité des surgénérateurs civils.
Natural nuclear fission reactorA natural nuclear fission reactor is a uranium deposit where self-sustaining nuclear chain reactions occur. The conditions under which a natural nuclear reactor could exist had been predicted in 1956 by Paul Kuroda. The remnants of an extinct or fossil nuclear fission reactor, where self-sustaining nuclear reactions have occurred in the past, can be verified by analysis of isotope ratios of uranium and of the fission products (and the stable daughter nuclides of those fission products).
