Outils de transmutation

Le neutron, qui pénètre sans difficulté dans les noyaux, est l’outil idéal de la transmutation mais il faut beaucoup de neutrons pour transmuter des déchets. Les noyaux sont transmutés un à un et le moindre échantillon de matière en contient une quasi infinité. Seuls des réacteurs sont à même de fournir des flux de neutrons assez intenses. Mais les captures de neutrons non suivies de fission génèrent des actinides qui remplacent ceux qui sont détruits. Les rendements sont faibles(*).

Les réacteurs à eau légère ne sont pas de bons outils pour la transmutation des actinides étant donné que les captures simples de neutrons l’emportent sur les fissions. La transmutation en réacteurs à eau pressurisée (REP) s’est révélée peu prometteuse. Le respect des normes de sécurité ne permet pas d’atteindre des rendements importants, même avec des combustibles adaptés. Le multi-recyclage de l’américium seul nécessiterait des modifications du réacteur et du cycle du combustible nucléaire. Un tel. recyclage est exclu avec le parc actuel.

Dans un réacteur à neutrons rapides, le combustible tolère de plus importantes proportions d’actinides mineurs que dans les REP, de 2,5 à 5% de la masse du combustible contre 1 %. La faisabilité de la transmutation des actinides mineurs dans ces réacteurs rapides est désormais acquise.

Depuis l’arrêt de SUPERPHENIX en 1998, PHENIX est un des rares réacteurs à neutrons rapides (RNR) en activité et le seul disponible en France. Construit en 1974 pour produire de l’électricité, il a été rénové et remis en service pour le programme de recherches sur la transmutation.

Sous quelle forme introduire les radioéléments à transmuter dans le cœur d’un réacteur ? De nouveaux types de combustibles ont été conçus pour optimiser les performances de la transmutation. Deux modes d’introduction des actinides mineurs ont été évalués : un mode homogène où les éléments à transmuter sont répartis dans le combustible ; un mode hétérogène où ces éléments sont concentrés dans des assemblages spéciaux. Des combustibles à base d’américium ou d’autres éléments à vie longue ont été introduits avec succès en réacteur. Le programme d’essais durera jusqu’en 2008.

Les réacteurs ADS pilotés par un accélérateur ont des performances en principe supérieures. Tandis que les RNR sont capables de brûler leurs propres actinides en les recyclant, les ADS sont à même d’incinérer un cœur constitué uniquement d’actinides.

Il reste de nombreux verrous technologiques à lever pour que ces systèmes voient le jour. Des projets et des recherches à l’échelle européenne sont en cours. Le CNRS y participe activement avec l’étude de cœurs de réacteurs sous-critiques (expériences MUSE), les projets d’accélérateurs de haute intensité (IPHI) et de cibles de production de neutrons par spallation.

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