Quels types de réacteurs nucléaires existent?
Les réacteurs nucléaires peuvent être classés de différentes manières: par le type de réaction nucléaire, le matériau du modérateur utilisé, le fluide de refroidissement utilisé, la génération du réacteur, la phase de combustible, le type de combustible et son utilisation. En comptant les réacteurs de recherche, il en existe des milliers dans le monde entier, qui appartiennent à de nombreuses catégories. Dans cet article, je passerai en revue les schémas de classification des réacteurs nucléaires un à un.
Dans cet article, nous ne nous intéressons qu'aux réacteurs nucléaires à fission, c'est-à-dire aux réacteurs qui séparent les noyaux, plutôt qu'aux réacteurs à fusion, qui les fusionnent. Les réacteurs à fusion sont encore une technologie hautement expérimentale aux premiers stades de développement, alors que les réacteurs à fission sont utilisés depuis plus de 60 ans.
Le type de réaction nucléaire indique généralement si le réacteur nucléaire utilise des neutrons lents (thermiques) ou des neutrons rapides. La plupart des réacteurs utilisant des neutrons rapides appartiennent à la catégorie des réacteurs à neutrons rapides, tandis que la plupart des neutrons lents sont appelés réacteurs thermiques. Les réacteurs thermiques sont les moins chers et les plus courants, principalement parce qu’ils peuvent utiliser de l’uranium naturel et non enrichi. Les neutrons dans les réacteurs thermiques sont qualifiés de "lents" car le réacteur utilise un matériau modérateur pour ralentir la vitesse naturelle des neutrons lorsqu'ils sont éjectés des noyaux atomiques cassés, ce qui est assez rapide, plus proche de la vitesse et de la chaleur du milieu combustible environnant . Les réacteurs à neutrons rapides sont plus coûteux et nécessitent un enrichissement accru du combustible, ce qui les rend moins populaires. D'autre part, ils génèrent plus de carburant qu'ils n'en consomment, ce qui les rend attrayants à long terme.
Le matériau modérateur est le deuxième schéma de classification des réacteurs nucléaires. Comme indiqué précédemment, seuls les réacteurs nucléaires thermiques utilisent des modérateurs, de sorte que cela ne couvre que ceux-ci. Le graphite, l'eau lourde et l'eau normale sont tous utilisés comme modérateurs. Les réacteurs à graphite et à eau lourde sont plus populaires parce que ces matériaux modérateurs thermisent mieux les neutrons, ce qui garantit que l’uranium naturel peut être utilisé et qu’aucun enrichissement n’est nécessaire.
Le schéma de classification suivant est basé sur la génération. Les réacteurs de génération I ont été les premiers prototypes de réacteurs, typiquement uniques. Les réacteurs de génération II ont été conçus pour un usage commercial et sont basés sur des conceptions standard. Ceux-ci ont été utilisés dans les années 50. Les réacteurs de génération III sont plus modernes et commencent à être utilisés à la fin des années 90. Ils sont plus légers et efficaces que la génération précédente. Les réacteurs de génération IV de dernière génération en sont actuellement au stade de la recherche et ne devraient pas être mis en service avant la fin des années 2020 ou le début des années 2030. Ces réacteurs seront très économiques et produiront un minimum de déchets.
Un autre type de classification est la phase combustible - liquide, solide ou gazeuse. Le solide est le plus typique. Avec la phase vient le type de combustible - l'uranium ou le thorium. Ce sont les deux seuls éléments prêts au réacteur disponibles en quantités substantielles sur la Terre.
La dernière classification est basée sur l'utilisation - pour les centrales électriques, la propulsion, la production de combustible nucléaire (réacteurs à neutrons) ou les réacteurs de recherche. Les générateurs thermoélectriques à radio-isotopes (RTG) sont également parfois associés à des réacteurs nucléaires, bien qu’ils soient quelque peu différents. Les RTG génèrent de l'énergie à partir de la désintégration d'un isotope radioactif.
Et c'est tout. Il existe des moyens plus spécifiques de caractériser les réacteurs nucléaires et de nombreuses conceptions à différents stades de développement, mais la quantité de documentation sur les types de réacteurs nucléaires pourrait probablement remplir une petite bibliothèque.