Pour la première fois en deux décennies, le Laboratoire National d’Idaho, le laboratoire américain d’énergie nucléaire a reçu un envoi de combustible usagé de réacteur à eau légère de nouvelle génération provenant d’une centrale nucléaire commerciale pour soutenir la recherche et les tests.
En décembre, l’INL a reçu 25 barres de combustible expérimentales irradiées dans le cœur d’un réacteur commercial. Ces barres de combustible ont été développées et fabriquées par la Westinghouse Electric Company avec l’assistance technique de plusieurs laboratoires nationaux, dont l’INL.
Ces combustibles expérimentaux, conçus pour une utilisation prolongée et des caractéristiques de sécurité robustes, pourraient permettre de réaliser d’importantes économies pour les consommateurs tout en augmentant la résilience d’une centrale nucléaire en cas de conditions accidentelles potentielles.
Des tests rigoureux pour évaluer la performance
Avant tout, les chercheurs doivent examiner et analyser le combustible pour évaluer comment cette technologie avancée a fonctionné pendant l’utilisation normale. Ils mèneront des expériences supplémentaires pour comprendre comment le combustible se comporte dans des conditions accidentelles postulées. Enfin, ils réaliseront des expériences pour démontrer le comportement lors du stockage et du recyclage.
Les données générées par ces expériences et analyses sont essentielles pour établir les bases de sécurité requises par la Commission de Régulation Nucléaire pour permettre l’utilisation du combustible dans davantage de centrales nucléaires à travers les États-Unis.
Une collaboration pour l’innovation nucléaire
« L’innovation continue est la clé pour améliorer la fiabilité du secteur nucléaire, surtout à une époque où la demande d’énergie augmente et le rôle du nucléaire est plus vital que jamais », a déclaré Tarik Choho, président de Nuclear Fuel chez Westinghouse. « Westinghouse est fier de joindre ses efforts à ceux de l’INL et d’autres partenaires dans la production et les tests de ces combustibles nucléaires avancés. »
Chaque barre de combustible mesure 12 pieds de long (soit 3,7 mètres) , et l’envoi total de 25 barres contient environ 100 livres (soit 45 kg) de métal lourd, principalement de l’uranium.
Des combustibles tolérants aux accidents et à haut rendement
L’envoi de barres de combustible contient à la fois du combustible tolérant aux accidents (ATF) et du combustible à haut rendement. L’industrie et le DOE ont collaboré au cours de la dernière décennie pour concevoir des combustibles tolérants aux accidents qui offrent une performance de sécurité améliorée pendant les opérations normales, les transitoires opérationnels doux et les scénarios d’accidents.
Les combustibles à haut rendement tirent parti de la capacité de performance non réalisée disponible dans les matériaux avancés qui peuvent permettre des cycles d’exploitation prolongés et/ou l’augmentation de la production d’énergie autorisée dans les centrales existantes tout en réduisant considérablement la génération de combustible usé.
Les chercheurs affirment que les nouvelles barres de combustible, une fois autorisées pour une utilisation commerciale, pourraient prolonger la durée d’exploitation d’une centrale entre deux ravitaillements de 18 à 24 mois.
Une avancée majeure pour l’industrie nucléaire
« L’augmentation du rendement, combinée à des augmentations potentielles liées à l’ATF, pourrait représenter un énorme avantage économique pour ces centrales et la flotte », a commenté Daniel Wachs, directeur technique national de la campagne Advanced Fuels du DOE. « L’augmentation de la production électrique aux États-Unis pourrait être équivalente à l’ajout de nouveaux réacteurs à la flotte. »
Westinghouse et d’autres développeurs de combustible nucléaire, en concertation avec les laboratoires nationaux, ont passé des années à développer de nouveaux combustibles pour la flotte de réacteurs nucléaires existants. Les expériences et les examens de l’INL sur le combustible après un certain temps passé dans un réacteur nucléaire commercial constituent une étape du processus de qualification.
Un rôle clé pour le Laboratoire National d’Idaho
« Nous ne serions pas en mesure de franchir la ligne d’arrivée avec ces technologies si nous ne pouvions pas examiner les barres », a ajouté David Kamerman, ingénieur de recherche et développement de combustible nucléaire à l’INL. « C’est une très grande affaire. Il n’y a pas beaucoup d’endroits dans le monde qui peuvent faire le travail, et aucun d’entre eux n’égale la capacité du Laboratoire National d’Idaho. »
Les experts analyseront et testeront le combustible au complexe de matériaux et de combustibles de l’INL. Là, les experts utiliseront des manipulateurs à distance dans la plus grande cellule chaude à atmosphère inerte de la nation pour effectuer des analyses et des tests.
Les chercheurs soumettront également les combustibles à des tests de sécurité – des simulations d’excursions de puissance ou de pertes d’événements de refroidissement dans un environnement contrôlé qui sont conçus pour pousser le combustible à ses points de rupture et au-delà.
Des tests de sécurité rigoureux
« Les tests de sécurité pour les combustibles sont comme les crash tests pour votre voiture », a indiqué Fabiola Cappia, responsable du département d’examen post-irradiation à l’INL. « Vous le poussez à la limite et au-delà. »
L’INL prépare également le réacteur de test avancé pour accueillir des combustibles pour des tests d’endurance qui imitent l’usure et la déchirure subies pendant une décennie de service dans un réacteur commercial en une fraction du temps. Cette étape peut soutenir la poursuite d’un rendement encore plus élevé que celui atteint lors des tests en centrale commerciale.
Exploration des approches de gestion du combustible usé
Les experts utiliseront également le matériau pour explorer les approches de gestion du combustible usé. Le matériau sera examiné pour mesurer les propriétés thermiques et mécaniques, des données essentielles pour comprendre le comportement du transport et du stockage à sec. Ce travail comprend également la démonstration des technologies de recyclage électrochimique comme option pour récupérer et recycler l’uranium précieux et d’autres isotopes fissiles.
La recherche fournira des données précieuses non seulement pour la NRC et les sponsors nationaux de l’INL, y compris le Bureau de l’énergie nucléaire du DOE, l’Administration de la sécurité nucléaire nationale et les entités privées, mais aussi pour les partenaires internationaux, y compris les organismes de réglementation dans d’autres parties du monde.
Un jalon significatif pour l’INL et l’industrie de l’énergie nucléaire
« La réception de ces barres de combustible est une étape importante pour l’INL et l’industrie de l’énergie nucléaire. En tant que centre de recherche et de développement de l’énergie nucléaire de la nation, nous possédons les installations, les capacités et l’expertise uniques pour mener cette recherche vitale », a conclu John Wagner, directeur de l’INL.
« L’achèvement de cet envoi, ainsi que la réintégration par l’État de l’Idaho de la capacité du Département de l’énergie à recevoir jusqu’à 400 kilogrammes de combustible nucléaire commercial usé par an à l’INL à des fins de recherche et de développement, envoient un message fort que nous sommes à nouveau ouverts aux affaires. Cela a été long à venir et j’apprécie sincèrement l’engagement continu de l’État avec le DOE pour permettre ce travail critique. »
