Skip to main content

Le BR2 utilise de l’uranium faiblement enrichi comme combustible

Les réacteurs de recherche du monde entier suivent les traces du BR2

Le réacteur de recherche BR2 fonctionnera à l’avenir avec de l’uranium faiblement enrichi. En changeant son combustible nucléaire, le SCK CEN contribue à empêcher la prolifération potentielle d’uranium hautement enrichi - un composant possible des armes nucléaires. Test après test, le centre de recherche nucléaire SCK CEN vole droit vers son objectif : un basculement en 2026. Des instituts ailleurs dans le monde suivent les traces du SCK CEN.

SCK CEN - Jaarverslag Highlights (2022)

Le BR2 est l’un des réacteurs de recherche les plus puissants au monde. Il joue un rôle essentiel dans l’approvisionnement mondial en radio-isotopes médicaux et dans l’essai des innovations nucléaires. Cette installation polyvalente fonctionne actuellement avec de l’uranium hautement enrichi. Le centre de recherche nucléaire prévoit de remplacer ce combustible - le « carburant » d’un réacteur - par une variante faiblement enrichie. En 2021, les chercheurs en combustible du SCK CEN ont, suivis de près par des partenaires internationaux, enregistré des progrès considérables dans leurs préparatifs. Si tout se passe comme prévu, le centre de recherche pourra ajouter une autre première à son palmarès. « Nous visons une transition en 2026. Le BR2 serait le premier réacteur de recherche à haute performance au monde à passer de l’uranium hautement enrichi à sa variante faiblement enrichie », a déclaré le chef de projet Jared Wight. Grâce à cette conversion, le centre de recherche nucléaire contribue à limiter le risque de prolifération de l’uranium hautement enrichi - un composant possible des armes nucléaires.

Cependant, le combustible ne peut pas être changé du jour au lendemain. Le changement est précédé de tout un dossier de sûreté. Le SCK CEN doit prouver à l’Agence fédérale de contrôle nucléaire (AFCN) - l’organisme de surveillance nucléaire en Belgique - que le nouveau type de combustible est tout aussi sûr que l’actuel. « En général, la qualification d’un nouveau combustible passe par plusieurs étapes », explique Jared Wight. Dans la première phase, de petits échantillons sont testés dans des conditions modérées. Cela signifie que la puissance est limitée et que le taux de fission - la mesure qui indique quelle quantité a déjà été brûlée - monte à 40 %. « Dans la deuxième étape, nous exposons des plaques de combustible individuelles réelles à une puissance et à des taux de fission plus élevés. Dans la troisième étape, ces plaques de combustible sont incorporées dans le futur élément combustible et testées dans des conditions réelles. Pour le BR2, 18 plaques sont incorporées dans un élément combustible concentrique. »

Le fait que le ministère américain de l’énergie fasse tester du combustible d’uranium faiblement enrichi en Belgique confirme le rôle mondial que jouent le réacteur de recherche BR2 et nos chercheurs dans ce domaine.
Jared Wight

Un processus stimulant

L’année dernière, le combustible développé pour le BR2 est passé par la phase deux. Les plaques de combustible sont restées dans le coeur du réacteur BR2 pendant un à trois cycles, soit 30 à 93 jours. « En irradiant les plaques, nous voulons savoir comment le combustible se comporte. Il est inévitable que le combustible gonfle, mais ce processus de gonflement doit être stable, limité et prévisible. La plaque de combustible gonfle-t-elle trop et trop rapidement ? La fission nucléaire entraîne-t-elle des processus qui risquent de fissurer la gaine du combustible ? Les résultats de nos tests sur les matériaux devraient permettre d’y voir plus clair », déclare Jared Wight. « Lors des tests précédents, aucune boursouflure ne s’est formée qui aurait pu provoquer des fissures. »

SCK CEN - Jaarverslag Highlights (2022)

En outre, les performances techniques du réacteur de recherche ne doivent pas diminuer. « Nous sommes capables de fissionner presque tous les atomes d’uranium hautement enrichi. Dans le cas de l’uranium faiblement enrichi, seul un atome sur cinq est fissile. Pourtant, le combustible nucléaire devrait pouvoir avoir les mêmes performances. C’est comme si un conducteur remplissait le réservoir de sa voiture avec 20% d’essence et 80% d’eau et voulait quand même couvrir la même distance à la même vitesse », compare Jared Wight.

Pour y parvenir, les experts du SCK CEN ont multiplié la teneur en uranium du combustible faiblement enrichi par un facteur 5 pour lui faire atteindre le même niveau que le combustible actuel. Pour ce faire, ils ont augmenté le nombre de grains d’uranium dans les plaques de combustible et ont choisi un composé d’uranium de densité plus élevée. Dans ce composé, chaque grain contient davantage d’atomes d’uranium tout en conservant la même taille. Les atomes d’uranium sont donc plus proches les uns des autres. « Grâce à nos tests, nous vérifions si le nouveau combustible nucléaire peut effectivement créer les mêmes conditions que celles dont nous avons besoin pour notre mission technique. C’est essentiel pour nos clients et nos patients. Ils comptent sur nous. »

SCK CEN - Jaarverslag Highlights (2022)

Transition graduelle

Ces irradiations réussies rapprochent les chercheurs de leur objectif de convertir l’uranium hautement enrichi en uranium faiblement enrichi. Selon le calendrier, les premiers éléments combustibles en uranium faiblement enrichi devraient entrer dans le cœur du réacteur en 2026. « Nous parlons des ‘premiers’ éléments combustibles, car la conversion sera progressive », souligne Jared Wight. À chaque cycle du réacteur, le cœur - composé d’environ 80 canaux d’irradiation - est réorganisé. Par défaut, la moitié des canaux est réservée au combustible, dont cinq à dix canaux d’irradiation pour les éléments combustibles neufs. Les canaux d’irradiation restants sont remplis - en fonction des besoins - d’assemblages partiellement usés, d’expériences ou des matières premières nécessaires à la production de radio-isotopes (médicaux). « La transition vers un cœur de réacteur sans uranium hautement enrichi est importante pour le SCK CEN. Elle illustre notre position de leader dans la qualification de combustible d’uranium faiblement enrichi et notre engagement dans la non-prolifération », insiste Jared Wight. La conversion est un jalon que les chercheurs s’efforcent d’atteindre. Des instituts ailleurs dans le monde suivent les traces du SCK CEN.

Un fabricant de combustible sud-coréen se tourne vers le BR2

Les fournisseurs de combustible offrant de l’uranium faiblement enrichi pour les réacteurs de recherche sont rares. BWX Technologies aux Etats-Unis et Framatome en France sont les deux principaux fournisseurs mondiaux. L’institut de recherche sud-coréen KAERI a l’ambition de rejoindre ce groupe restreint. Le SCK CEN aide l’institut à réaliser cette ambition. Jared Wight explique : « KAERI a développé un nouveau type de combustible pour un usage commercial, mais doit encore le qualifier. Nous mettons à disposition nos services d’irradiation pour mettre à l’épreuve les éléments combustibles développés. Ce test constitue la dernière pièce du dossier de sûreté et le ticket d’entrée de KAERI sur le marché. »

Les États-Unis commandent des tests de combustible au BR2

Le centre de recherche américain Oak Ridge National Laboratory, dans le Tennessee, souhaite également faire fonctionner son réacteur de recherche HFIR (High Flux Isotope Reactor) avec de l’uranium faiblement enrichi. Le réacteur produit l’un des flux de neutrons les plus élevés au monde. « Le flux de neutrons décrit combien d’atomes sont fissionnés par seconde. Un flux neutronique élevé permet de tester les matériaux et de produire des radio-isotopes uniques. Le réacteur de recherche doit être capable de nombreuses performances techniques, ce qui fait de la transition vers l’uranium faiblement enrichi un processus difficile. Les exigences relatives au nouveau combustible sont donc élevées », explique Jared Wight, chef de projet au SCK CEN. Afin de qualifier le combustible, le département américain de l’énergie fait réaliser – via l’Idaho National Laboratory – des tests de combustible par le centre de recherche belge SCK CEN. Jared Wight est fier : « Cela confirme le rôle mondial que jouent le réacteur de recherche BR2 et nos chercheurs dans ce domaine. »





Le BR2 comme station d’essai internationale

Notre réacteur de recherche BR2 date de l’époque emblématique des « golden sixties ». Le travail qu’il a réalisé depuis lors est tout aussi emblématique. C’est l’un des principaux producteurs mondiaux d’isotopes destinés à des applications médicales et industrielles. Il sert également de station d’essai internationale depuis des décennies. Dans le coeur du réacteur, des centaines de matériaux et de matières fissiles ont été testés de manière approfondie avant leur utilisation dans des réacteurs de fission et de fusion. Au cours des vingt dernières années, le BR2 a réaffirmé cette position en qualifiant de l’uranium faiblement enrichi pour des réacteurs de recherche.

Sven Van den Berghe
Sciences des Matériaux nucléaires


 

Regardez aussi

Partagez cette page