U. S. Energy Information Administration – EIA – Independent Statistics and Analysis (Français)

Le cycle du combustible nucléaire se compose d’étapes initiales qui préparent l’uranium pour être utilisé dans les réacteurs nucléaires et d’étapes secondaires pour gérer, préparer et éliminer en toute sécurité le combustible nucléaire usé-ou usé-mais encore hautement radioactif.

L’Uranium est le combustible le plus largement utilisé par les centrales nucléaires pour la fission nucléaire. Les centrales nucléaires utilisent un certain type d’uranium—U-235—comme combustible parce que ses atomes sont facilement séparés., Bien que l’uranium soit environ 100 fois plus commun que l’argent, L’U-235 est relativement rare à un peu plus de 0,7% de l’uranium naturel. Le concentré d’Uranium est séparé du minerai d’uranium dans les usines d’uranium ou d’une suspension dans les installations de lixiviation in situ. Il est ensuite traité dans des installations de conversion et d’enrichissement, ce qui augmente le niveau D’U-235 entre 3% et 5% pour les réacteurs nucléaires commerciaux, et transformé en pastilles de combustible et en barres de combustible dans les usines de fabrication de combustible.,

le combustible nucléaire est chargé dans les réacteurs et utilisé jusqu’à ce que les assemblages de combustible deviennent hautement radioactifs et doivent être retirés pour stockage temporaire et élimination éventuelle. Le traitement chimique du combustible usé pour récupérer tout produit restant qui pourrait subir une nouvelle fission dans un nouvel assemblage de combustible est techniquement réalisable, mais il n’est pas autorisé aux États-Unis.,

Le front de fin de cycle du combustible nucléaire

l’Exploration

Le cycle du combustible nucléaire commence par l’exploration pour l’uranium et le développement des mines pour extraire le minerai d’uranium. Diverses techniques sont utilisées pour localiser l’uranium, telles que les levés radiométriques aéroportés, l’échantillonnage chimique des eaux souterraines et des sols et le forage exploratoire pour comprendre la géologie sous-jacente., Une fois que les gisements de minerai d’uranium sont localisés, le développeur de la mine effectue généralement un suivi avec des remblais plus rapprochés, ou des forages de développement, pour déterminer la quantité d’uranium disponible et ce qu’il pourrait en coûter pour le récupérer.

Exploitation de l’uranium

Lorsque des gisements de minerai qu’il est économiquement possible de récupérer sont localisés, l’étape suivante du cycle du combustible consiste à extraire le minerai en utilisant l’une des techniques suivantes:

• exploitation souterraine
• exploitation à ciel ouvert
• exploitation en solution sur place (in situ)
• lixiviation en tas

Avant 1980, la plupart des, l’uranium était produit à l’aide de techniques d’extraction à ciel ouvert et souterraine. Aujourd’hui, la plupart de l’uranium américain est produit en utilisant une technique d’extraction en solution communément appelée lixiviation in situ (ISL) ou récupération in situ (ISR). Ce processus extrait l’uranium qui recouvre les particules de sable et de gravier des réservoirs d’eau souterraine. Les particules de sable et de gravier sont exposées à une solution dont le pH a été légèrement élevé en utilisant de l’oxygène, du dioxyde de carbone ou de la soude caustique. L’uranium se dissout dans les eaux souterraines, qui sont pompées hors du réservoir et traitées dans une usine d’uranium., La lixiviation en tas consiste à pulvériser une solution liquide acide sur des piles de minerai d’uranium concassé. La solution s’écoule à travers le minerai concassé et lessive l’uranium hors de la roche, qui est récupéré sous la pile. La lixiviation en tas n’est plus utilisée aux États-Unis.

traitement de L’Uranium

Une fois le minerai d’uranium extrait d’une mine à ciel ouvert ou souterraine, il est raffiné en concentré d’uranium dans une usine d’uranium. Le minerai est broyé, pulvérisé, et broyé en une poudre fine. Des produits chimiques sont ajoutés à la poudre fine, ce qui provoque une réaction qui sépare l’uranium des autres minéraux. L’eau souterraine provenant des opérations d’extraction en solution est distribuée à travers un lit de résine pour extraire et concentrer l’uranium.,

Malgré le nom, le concentré d’uranium produit est généralement noir ou brun substance appelée concentré d’uranium (U3O8). Le minerai d’uranium extrait donne généralement une à quatre livres D’U3O8 par tonne de minerai, soit 0,05% à 0,20% de yellowcake. Les déchets solides provenant des exploitations minières souterraines et de puits sont appelés résidus miniers. L’eau traitée provenant de l’extraction en solution est renvoyée dans le réservoir d’eau souterraine où le processus d’extraction est répété.,

conversion de L’Uranium

La prochaine étape du cycle du combustible nucléaire consiste à convertir le yellowcake en gaz hexafluorure d’uranium (UF6) dans une installation de conversion. Trois formes (isotopes) de l’uranium sont présentes dans la nature: U-234, U-235 et U-238. La conception actuelle des réacteurs nucléaires américains nécessite une concentration plus forte (enrichissement) de l’isotope U-235 pour fonctionner efficacement. Le gaz d’hexafluorure d’uranium produit dans l’installation de conversion est appelé UF6 naturel parce que les concentrations initiales d’isotopes d’uranium sont inchangées.,

enrichissement de l’Uranium

Après la conversion, le gaz UF6 est envoyé à une usine d’enrichissement où les isotopes individuels de l’uranium sont séparés pour produire de l’UF6 enrichi, qui a une concentration de 3% à 5% D’U-235.

deux types de procédés d’enrichissement de l’uranium ont été utilisés aux États-Unis: la diffusion gazeuse et la centrifugeuse gazeuse. Les États-Unis ont actuellement une usine d’enrichissement en exploitation, qui utilise un procédé de centrifugation à gaz., L’UF6 enrichi est scellé dans des bidons et laissé refroidir et se solidifier avant d’être transporté vers une usine d’assemblage de combustible de réacteur nucléaire par train, camion ou barge.

la séparation isotopique par laser à vapeur atomique (AVLIS) et la séparation isotopique par laser moléculaire (MLIS) sont de nouvelles technologies d’enrichissement en cours de développement. Ces procédés d’enrichissement par laser peuvent obtenir des facteurs d’enrichissement initial (séparation isotopique) plus élevés que les procédés de diffusion ou de centrifugation et peuvent produire de l’uranium enrichi plus rapidement que d’autres techniques.,

reconversion de l’Uranium et fabrication du combustible nucléaire

Une fois l’uranium enrichi, il est prêt à être converti en combustible nucléaire. Dans une installation de fabrication de combustible nucléaire, L’UF6, sous forme solide, est chauffé sous forme gazeuse, puis le gaz UF6 est traité chimiquement pour former de la poudre de dioxyde d’uranium (UO2). La poudre est ensuite comprimée et formée en petites pastilles de combustible en céramique. Les granulés sont empilés et scellés dans de longs tubes métalliques d’environ 1 centimètre de diamètre pour former des barres de combustible. Les barres de combustible sont ensuite regroupées pour constituer un ensemble de combustible., Selon le type de réacteur, chaque assemblage de combustible comporte environ 179 à 264 barres de combustible. Un cœur de réacteur typique contient 121 à 193 assemblages de combustible.

au réacteur

Une fois les assemblages de combustible fabriqués, des camions les transportent sur les sites du réacteur. Les assemblages de combustible sont stockés sur place dans des bacs de stockage de combustible frais jusqu’à ce que les opérateurs du réacteur en aient besoin. À ce stade, l’uranium n’est que faiblement radioactif, et essentiellement tout le rayonnement est contenu dans les tubes métalliques., En règle générale, les exploitants de réacteurs changent environ un tiers du cœur du réacteur (40 à 90 assemblages de combustible) tous les 12 à 24 mois.

Le cœur du réacteur est un arrangement cylindrique des faisceaux de combustible d’environ 12 pieds de diamètre et 14 pieds de hauteur et enfermé dans un récipient sous pression en acier avec des parois de plusieurs pouces d’épaisseur. Le cœur du réacteur ne comporte essentiellement aucune pièce mobile, à l’exception d’un petit nombre de barres de commande qui sont insérées pour réguler la réaction de fission nucléaire. Placer les assemblages de combustible les uns à côté des autres et ajouter de l’eau déclenche la réaction nucléaire.,

La fin du cycle du combustible nucléaire

stockage Provisoire et de l’élimination finale aux États-unis

Après utilisation dans le réacteur, les assemblages de combustible devenir hautement radioactifs et doivent être enlevés et entreposés sous eau sur le site du réacteur dans une piscine de combustible usé plusieurs années., Même si la réaction de fission s’est arrêtée, le combustible usé continue de dégager de la chaleur de la désintégration des éléments radioactifs qui ont été créés lorsque les atomes d’uranium ont été séparés. L’eau de la piscine sert à la fois à refroidir le carburant et à bloquer la libération de rayonnement. De 1968 à juin 2013, 241 468 assemblages de combustible ont été déchargés et stockés dans 118 réacteurs nucléaires commerciaux aux États-Unis.

En quelques années, le combustible usé refroidit dans la piscine et peut être transféré dans un conteneur de stockage en fût sec sur le site de la centrale., Un nombre croissant d’exploitants de réacteurs stockent désormais leur combustible usé plus ancien dans ces conteneurs extérieurs spéciaux en béton ou en acier avec refroidissement à l’air. En savoir plus sur le stockage du combustible usé.

la dernière étape du cycle du combustible nucléaire est la collecte des assemblages de combustible usé des sites de stockage provisoires pour leur élimination finale dans un dépôt souterrain permanent. Les États-Unis ne disposent actuellement d’Aucun dépôt souterrain permanent pour les déchets nucléaires de haute activité.

Dernière mise à jour: 27 Mai 2020