Cycle du combustible nucléairethumb|Schéma simplifié d'un cycle du combustible nucléaire : (1) extraction-enrichissement-fabrication (2) retraitement après usage (3) stockage ou (4) recyclage. Le cycle du combustible nucléaire (ou chaîne du combustible nucléaire) est l'ensemble des opérations de fourniture de combustible aux réacteurs nucléaires, puis de gestion du combustible irradié, depuis l'extraction du minerai jusqu'à la gestion des déchets radioactifs.
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.
Réacteur à eau bouillanteUn réacteur à eau bouillante ou REB (en anglais BWR pour boiling water reactor) est un type de réacteur nucléaire de puissance actuellement utilisé dans certaines centrales nucléaires électrogènes américaines, japonaises, allemandes, suédoises, finlandaises, russes, et suisses notamment. Il s'agit d'un réacteur à neutrons thermiques dans lequel le modérateur est l'eau ordinaire. Dans le jargon de l'industrie nucléaire, on parle de « filière des réacteurs à eau bouillante » pour désigner la chaîne d'activités industrielles liées à l'exploitation de ces réacteurs.
Réacteur à eau légèreUn réacteur à eau légère (REL) ou light water reactor (LWR) est un réacteur nucléaire qui utilise de l'eau, aussi appelée eau légère, comme fluide caloporteur et modérateur. Cela le distingue du réacteur à eau lourde et du réacteur modéré au graphite. Il s'agit de réacteurs à neutrons thermiques. Les réacteurs à eau légère les plus courants sont les réacteurs à eau pressurisée (REP) et les réacteurs à eau bouillante (REB). D'autres types de réacteurs sont refroidis à l'eau légère, notamment les RBMK russes et des réacteurs militaires de production de plutonium.
Réacteur à eau pressuriséeLe réacteur à eau pressurisée (acronyme REP), également appelé réacteur à eau sous pression ou PWR pour pressurized water reactor en anglais, est la filière de réacteurs nucléaires la plus répandue dans le monde : en , les deux tiers des 444 réacteurs nucléaires de puissance en fonctionnement dans le monde sont de technologie REP, ainsi que les navires et sous-marins nucléaires. Ce réacteur se compose de trois circuits, qui lui permettent d'utiliser l'énergie fournie par la fission des atomes d'uranium contenus dans son « cœur nucléaire ».
Combustible MOXLe combustible MOX (ou MOx) est un combustible nucléaire constitué d'environ 8,5 % de plutonium et 91,5 % d'uranium appauvri. Le terme MOX est l'abréviation de « mélange d'oxydes » (ou mixed oxides en anglais) car le combustible MOX contient plus exactement du dioxyde de plutonium (PuO2) et du dioxyde d'uranium appauvri (UO2). Il se présente sous forme de poudre, granulés ou pastilles. Actuellement, le MOX n'est produit que par l'usine Melox du groupe français Orano.
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.
Réacteur nucléaire à eau supercritiquethumb|Schéma d'un réacteur nucléaire à eau supercritique. Le réacteur nucléaire à eau supercritique (RESC) (en anglais, SuperCritical Water Reactor : SCWR) est un concept de réacteur nucléaire avec un caloporteur à base d'eau mais dans un état supercritique. Il est évalué puis retenu dans le cadre du Forum International Génération IV. L'eau permettant le refroidissement du réacteur est dans un état supercritique (à la fois gazeux et liquide), c’est-à-dire à une température supérieure à 374 °C et sous une pression supérieure à 221 bar.
Extraction de l'uraniumL’extraction de l'uranium est un processus minier allant de la prospection initiale au produit final, le « yellowcake ». C'est la première étape du cycle du combustible nucléaire, visant essentiellement à fournir le combustible des réacteurs nucléaires via les opérations successives suivantes : la prospection de nouveaux gisements ; la préparation d'un site pour l'exploitation d'un gisement (autorisations, conception et installation des équipements, construction éventuelle des ouvrages d'accès) ; l'extraction du minerai, seul ou en coextraction avec de l'or, du cuivre, du phosphate.
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.
PlutoniumLe plutonium est l'élément chimique de symbole Pu et de numéro atomique 94. C'est un métal radioactif transuranien de la famille des actinides. Il se présente sous la forme d'un solide cristallisé dont les surfaces fraîches sont gris argenté mais se couvrent en quelques minutes, en présence d'humidité, d'une couche terne de couleur grise, tirant parfois sur le vert olive, constituée d'oxydes et d'hydrures ; l'accroissement de volume qui en résulte peut atteindre 70 % d'un bloc de plutonium pur, et la substance ainsi formée tend à se désagréger en une poudre pyrophorique.
Poison à neutronsUn poison neutronique (également appelé « absorbeur de neutrons » ou « poison nucléaire ») est une substance ayant une grande section d'absorption de neutrons, et qui a de ce fait un impact significatif dans le bilan neutronique d'un réacteur nucléaire. Dans les réacteurs nucléaires, l'absorption des neutrons a notamment un effet d'empoisonnement du réacteur. Cet empoisonnement est principalement dû à la capture de neutrons par des produits de fission de demi-vie courte dont le principal est le xénon 135 ou par des produits de fission de demi-vie plus longue ou stable comme le samarium 149 et le gadolinium 157.
Advanced heavy-water reactorThe advanced heavy-water reactor (AHWR) or AHWR-300 is the latest Indian design for a next-generation nuclear reactor that burns thorium in its fuel core. It is slated to form the third stage in India's three-stage fuel-cycle plan. This phase of the fuel cycle plan was supposed to be built starting with a 300MWe prototype in 2016. KAMINI is the world's first thorium-based experimental reactor. It is cooled and moderated by light water, fueled with uranium-233 metal produced by the thorium fuel cycle harnessed by the neighbouring FBTR reactor and produces 30 KW of thermal energy at full power.
Véhicule polycarburantUn véhicule polycarburant ou VCM est un véhicule dont le moteur peut utiliser deux ou trois types de carburants. On dit aussi véhicule bi-combustible, tri-combustible ou multi-carburant. L'acronyme « VCM » (pour « véhicule à carburant modulable ») est la dénomination officielle française. Le terme anglophone « Flex fuel », couramment utilisé pour désigner tout type de véhicule polycarburant, désigne en français une technique particulière de moteur polycarburant.
Combustiblethumb|Le combustible consommé dans une cheminée traditionnelle est généralement du bois. Un combustible est un composé chimique qui, avec un comburant (comme le dioxygène) et de l'énergie, se consume dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion. Cette réaction d'oxydation exothermique rapide fait intervenir un réactif réducteur (combustible), et un réactif oxydant (comburant). Un carburant est un combustible qui alimente un moteur à combustion interne.
Thorium-based nuclear powerThorium-based nuclear power generation is fueled primarily by the nuclear fission of the isotope uranium-233 produced from the fertile element thorium. A thorium fuel cycle can offer several potential advantages over a uranium fuel cycle—including the much greater abundance of thorium found on Earth, superior physical and nuclear fuel properties, and reduced nuclear waste production. One advantage of thorium fuel is its low weaponization potential; it is difficult to weaponize the uranium-233/232 and plutonium-238 isotopes that are largely consumed in thorium reactors.
Programme nucléaire du Royaume-UniLe Programme nucléaire du Royaume-Uni, l'un des premiers au monde historiquement, voit l'inauguration d'une première centrale nucléaire en 1956, et fournissait en 2021 14,8% de l'électricité produite au Royaume-Uni. Le parc nucléaire du royaume comprend, en 2023, 9 réacteurs nucléaires opérationnels répartis sur 4 sites. Le combustible nucléaire est retraité dans l'usine de Sellafield (anciennement Windscale).
Pile à combustibleUne pile à combustible est un générateur électrochimique produisant une tension électrique grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple le dihydrogène) couplée à la réduction sur l'autre électrode d'un oxydant, tel que l'oxygène de l'air. Elle est distincte de la pile électrique, qui fonctionne également par réaction d'oxydoréduction, mais qui est constituée d'empilements de métaux. vignette|Pile à combustible de la NASA au méthanol.
Industrie nucléaire en FranceL’industrie nucléaire en France est mise en place dans les années 1950 et 1960 par la construction de réacteurs nucléaires à uranium naturel graphite gaz (à Marcoule, Chinon, Saint-Laurent et Bugey), d'un réacteur à eau lourde (à Brennilis) et d'un réacteur à eau pressurisée (à Chooz A). Après le déploiement du programme nucléaire militaire, l'industrie nucléaire devient progressivement la principale source de production d'électricité en France.
Fusion du cœur d'un réacteur nucléairethumb|Cœur d'un réacteur nucléaire de recherche TRIGA. La fusion du cœur d'un réacteur nucléaire survient lorsque les crayons de combustible nucléaire d'un réacteur nucléaire, qui contiennent l'uranium ou le plutonium ainsi que des produits de fission hautement radioactifs, commencent à surchauffer puis à fondre. Elle se produit en particulier lorsqu'un réacteur cesse d'être correctement refroidi.
