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Une première mondiale: le contrôle de la puissance d'un réacteur Sous-Critique

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Parmi les solutions envisagées pour le traitement des déchets nucléaires, l'incinération des déchets à vie longue dans un réacteur sous-critique est une voie de recherche très active.

Une expérience vient d'être ainsi réalisée avec succès par le Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie de Grenoble, au cours de laquelle il a été possible, pour la première fois au monde, de contrôler la puissance d'un réacteur sous-critique par une source externe de neutrons et de mesurer directement les paramètres qui en gouvernent le fonctionnement. Cette étude a été menée dans le cadre du programme européen Muse, auprès du réacteur expérimental Masurca de la DEN/CEA à Cadarache piloté par le générateur de neutrons Genepi conçu par le LPSC.

Que faire des déchets nucléaires à vie longue ?

La loi Bataille votée en décembre 1991 définissait trois axes principaux de recherche pour la prise en charge des déchets de haute activité et à vie longue produits dans les réacteurs nucléaires (~ 15 tonnes/an pour la France) et donnait rendez-vous en 2006 pour faire le bilan des différentes propositions. Les organismes de recherche publique, dont le CNRS, se sont largement investis dans cette recherche par le biais de programmes pluridisciplinaires et pluriorganismes.

Les déchets nucléaires à vie longue, composés essentiellement de noyaux plus lourds que l''uranium (neptunium, plutonium, américium, curium), peuvent pour la plupart être détruits dans les flux intenses de neutrons existants dans certains réacteurs nucléaires (on parle alors de transmutation ou d'incinération) mais dans des conditions qui ne permettent pas de remplir les critères de sécurité qui leur sont imposés. Pour satisfaire à ces critères, il est envisagé de faire fonctionner les réacteurs dédiés à l'incinération en mode sous-critique, un axe de recherche très prometteur qui pourrait également ouvrir la voie à une nouvelle filière de réacteurs.

Un programme expérimental de recherche, baptisé Muse (Multiplication par source externe), dédié à l'étude des réacteurs sous-critiques a été lancé en 1995 par le CEA avec pour objectif l'étude expérimentale du comportement et de la physique d'un système hybride, constitué du réacteur expérimental Masurca de la DEN/CEA à Cadarache couplé à une source externe de neutrons (accélérateur + cible). Les premières expériences ont permis de définir et d'optimiser les caractéristiques de cette source qui a ensuite été développée au Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie de Grenoble (LPSC) et baptisée Génépi (générateur de neutrons pulsés de forte intensité). En mai 2001, dans le cadre du même programme devenu européen(5) en 2000, Génépi a été couplé au réacteur Masurca, une étape importante qui a été suivie d'une série d'expériences sur la mesure des caractéristiques et de la réactivité du réacteur.

En février 2003, le LPSC a alors réalisé une expérience au cours de laquelle, en pilotant la fréquence de l'accélérateur pour moduler l'intensité de la source externe de neutrons, la puissance du réacteur a pu être contrôlée (entre 2 et 30 Watt) par la source externe. Habituellement, la puissance d'un réacteur est pilotée par des barres de commande que l'on déplace dans le réacteur et qui, selon leur position, absorbent plus ou moins de neutrons. Or, les constantes de temps liées à ces mouvements sont importantes et la présence de ces absorbeurs perturbe fortement le flux de neutrons. En revanche, et là réside toute l'originalité de cette expérience, un réacteur sous-critique se comporte comme un amplificateur du nombre de neutrons injectés par la source externe, une modification de l'intensité de cette source conduisant à une modification instantanée de la puissance du réacteur sans perturbation du cœur. De là est née l'idée de contrôler la puissance du réacteur en modulant l'intensité de Genepi. Il a ainsi été possible de faire passer brutalement le réacteur d'une puissance donnée à une puissance 15 fois inférieure puis de la ramener lentement (pour des raisons de sécurité) à sa valeur maximale pour un nouveau cycle de mesure. Cette expérience très encourageante a permis d'avoir pour la première fois une mesure en ligne des temps de génération des neutrons. Ce type de mesure ouvre la voie à un contrôle " en ligne " des paramètres gouvernant le fonctionnement d'un système hybride, démontrant ainsi le bien-fondé de la technique de source externe pulsée pour l'étude non seulement de l'incinération des déchets mais aussi des réacteurs du futur.

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