Livre blanc du Tritium

16 Sources de production et gestion du tritium produit par les installations nucléaires L’évolution mondiale annuelle de la puissance nucléaire nette mondiale produite par type de réacteur est représentée sur le graphe ci-dessous [3]. Sur les dernières années, les réacteurs des filières PWR, BWR, LWGR, HWR, GCR et FBR ont contribué enmoyenne respectivement à environ 65, 20, 10, 5, 3 et 1 % de la production nette mondiale d’électricité nucléaire. Pour tous les types de réacteurs de puissance, à l’exception des réacteurs à eau lourde, le mécanisme prédominant de production de tritium est la fission ternaire des isotopes fissiles de l’uranium et du plutonium dans le combustible1. Les taux de production par fission sont similaires pour tous les types de réacteurs à neutrons thermiques et sont de l’ordre de 520 TBq.GWe-1.an-1. Le taux de production dans les réacteurs à neutrons rapides est par contre un peu plus important, de l’ordre de 740 TBq.GWe-1.an-1, compte tenu des rendements de fission ternaire différents pour les isotopes de l’U et du Pu en spectre de neutrons rapides [4][5][6]. Selon le type de réacteur et le type de gainage, une partie plus ou moins importante du tritium formé par fission dans le combustible peut diffuser dans le fluide primaire (eau, gaz ou sodium). Ainsi,contrairementauxréacteurs FBR fonctionnant au sodium, la contribution du combustible à la contamination en tritium du circuit primaire demeure très faible pour les réacteurs à eau légère et les réacteurs à eau lourde (cf. ciaprès). Les autres sources importantes de production de tritium dans les réacteurs nucléaires sont les réactions neutroniques avec certains isotopesdu lithiumetdu bore présents en solution dans le fluide caloporteur primaire des réacteurs à eau ordinaire, avec le deutérium présent en concentration naturelle dans le fluide primaire de ces mêmes réacteurs ou contenu dans l’eau lourdedes circuitsmodérateur et caloporteur des réacteurs à eau lourde ou encore avec le lithium présent en tant qu’impuretés dans le graphite modérateur des réacteurs graphite–gaz. Ainsi, tout ou partie du tritium produit dans le circuit primaire des réacteurs nucléaires (source directe)oudiffusantdanscecircuit (source indirecte) se retrouve dans les effluents produits et est, selon le mode de gestion retenu, soit récupéré pour valorisation (cas des réacteurs à eau lourde), soit intégralement rejeté sous forme d’effluents liquides (cas des réacteurs PWR). Les taux de production, les mécanismes d’émission et les rejets normalisés en tritium sont abordés ci-après demanière plus détaillée par type de réacteur. 3 2 1 1 Les réacteurs à eau sous pression (PWR) A la fin 2007, 265 réacteurs PWR de capacité nette totale de 243,5 GWe étaient connectés au réseau à travers le monde [3]. Dans un réacteur nucléaire à eau sous pression (PWR), l’eau joue à la fois le rôle de caloporteur et de modérateur. Le circuit primaire (300 °C, 150 bar) est séparé du circuit secondaire, ce dernier alimentant la turbine en vapeur. Les données chiffrées et les modes de gestion du tritium décrits ciaprès correspondent aux différents paliers des centres nucléaires de production d’électricité (CNPE) d’EDF [7][8]. Dans ce type de réacteur, les sources de production de tritium ont deux origines : 1 Les fissions des noyaux d’uranium et de plutonium conduisent généralement à la formation de deux noyaux de produits de fission, de neutrons entretenant la réaction en chaîne et d’un dégagement d’énergie (de l’ordre de 200 MeV). Toutefois, dans un cas sur 10 000 environ, la fission conduit à la formation de trois noyaux, dont un noyau léger parmi lesquels le tritium (fission ternaire directe) et l’hélium-6 (noyau alpha) qui, par capture neutronique suivie d’une désintégration, conduit à la formation de tritium (fission ternaire indirecte). L’occurrence de la formation d’un noyau de tritium lors d’une fission ternaire est exprimée par un rendement de fission ternaire yT. Ce rendement est différent pour chaque noyau fissile. 2 Le bore est introduit dans le circuit primaire sous forme d’acide borique pour le contrôle de la réactivité du réacteur. Le lithium est introduit dans le fluide primaire sous forme de lithine pour contrôler le pH et minimiser les risques de corrosion des structures internes du réacteur et les risques de dépôts de produits de corrosion sur le combustible (« crud »). 3 Réaction de capture 10B(n, 2α) → 3H Puissance nucléaire nette mondiale cumulée Evolution annuelle de la puissance nette mondiale produite par type de réacteur

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