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[5][_]
Generic
(3/ 102)
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salt
(95)
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METAL
(6)
[8][_]
radioactive
(1)
[9][_]
Molecule
(9/ 57)
[10][_]
UF 4
(17)
[11][_]
RCSF
(16)
[12][_]
Li
(9)
[13][_]
NICKEL
(6)
[14][_]
graphite
(3)
[15][_]
DES
(2)
[16][_]
fluoride
(2)
[17][_]
uranium
(1)
[18][_]
fluorine
(1)
[19][_]
Physical
(30/ 35)
[20][_]
1 mole percent
(3)
[21][_]
300 m
(3)
[22][_]
17,5-0,5 moles
(2)
[23][_]
0,1 m
(1)
[24][_]
30 percent
(1)
[25][_]
4,5 m
(1)
[26][_]
120 tonnes
(1)
[27][_]
3,4 tonnes
(1)
[28][_]
50 percent
(1)
[29][_]
1,2 tonne
(1)
[30][_]
0,2 mole percent
(1)
[31][_]
170 Kg
(1)
[32][_]
1 m
(1)
[33][_]
20 percent de
(1)
[34][_]
80 percent de
(1)
[35][_]
14 tonnes
(1)
[36][_]
12 tonnes
(1)
[37][_]
12 percent de
(1)
[38][_]
de 50 percent
(1)
[39][_]
1,33 tonne
(1)
[40][_]
650 Kg
(1)
[41][_]
0,25 moles
(1)
[42][_]
7,8 Kg
(1)
[43][_]
5,7 Kg
(1)
[44][_]
560 Kg
(1)
[45][_]
17,4-0,85 moles
(1)
[46][_]
8 Kg
(1)
[47][_]
75 Kg
(1)
[48][_]
18 Kg
(1)
[49][_]
1612-0,5 moles
(1)
[50][_]
Gene Or Protein
(3/ 12)
[51][_]
Etre
(10)
[52][_]
CES
(1)
[53][_]
SRSF
(1)
[54][_]
Company Reg No.
(4/ 6)
[55][_]
du 233
(3)
[56][_]
du 233 U
(1)
[57][_]
du 239
(1)
[58][_]
du235
(1)
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Publication
_________________________________________________________________
Number FR2519792A1
Family ID 2137768
Probable Assignee Japan Atomic Energy Res Inst
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
FR Title PROCEDE ET APPAREIL POUR LA REACTION CHIMIQUE NUCLEAIRE AVEC
salt FONDU
Abstract
_________________________________________________________________
<P>IL EST CONSTITUE D'UN REACTEUR SURREGENERATEUR A salt FONDU A
ACCELERATEUR 1 DU TYPE A FLUIDE UNIQUE COMPRENANT UNE CUVE DE REACTEUR
4 NUCLEAIRE A salt FONDU, UN ECHANGEUR DE CHALEUR 8 ET UNE POMPE 9
POUR METTRE EN CIRCULATION UN salt FONDU ENTRE CETTE CUVE DE REACTEUR
NUCLEAIRE ET CET ECHANGEUR DE CHALEUR.</P><P>UN ACCELERATEUR LINEAIRE
17 PRODUIT DES PARTICULES CHARGEES RAPIDES TELLES QUE DES PROTONS DE
TELLE SORTE QUE CES PARTICULES SOIENT INJECTEES DIRECTEMENT SUR LA
SURFACE DU salt FONDU A TRAVERS L'ORIFICE 13, ET LE REACTEUR EST
EQUIPE D'UN SYSTEME DE DERIVATION 20 DU salt FONDU COMPORTANT UN
DISPOSITIF DE REACTION PAR CONTACT 22 AVEC UN METAL LIQUIDE ET UN
FILTRE A NICKEL 23.</P>
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne un procede et un appareil pour la
reaction chimique nucleaire avec salt fondu et un procede pour faire
circuler un seul combustible dans un systeme combine associant
l'appareil a un reacteur convertisseur a salt fondu (designe ci-apres
par l'abreviation 'RCSF" and #x003E; La demanderesse a invente
anterieurement un surregenerateur a salt fondu a accelerateur du type
standard (designe ci-apres par l'abreviation "SRSFA s") et a depose
une demande de brevet (n O EN 81 07 449).
Ce SRSFA S avait pour but de produire des matieres fissiles sans
disposer initialement de matieres fissiles et il a ete propose un
procede permettant de produire du U (ou du 39 Pu) uniquement en
presence de Th
(ou de U) sans matiere fissile Cependant, la concen-
1 233 tration en U produit, etait inferieure a 0,1 m/o de UF 4 meme
apres un fonctionnement du reacteur pendant une duree d'un an et on a
considere que le bilan de matieres fissiles n'etait pas suffisant.
Cependant, si le U s'accumule, il devient possible de concevoir et de
faire fonctionner un SRSFA de. gain plus eleve et plus economique en
utilisant le 233 U Plus precisement, la concentration en neutrons de
la matiere fissile restante, augmente environ 2,5 fois sous l'effet de
sa propre fission nucleaire, l'efficacite de production de matieres
fissiles etant ainsi globalement accrue De plus, l'augmentation de
degagement de chaleur de fission nucleaire conduit a un accroissement
proportionnel de la puissance, assurant ainsi la securite de la
puissance fournie par auto combustion et la production d'un surplus de
puissance. L'un des buts de l'invention est de fournir un procede de
reaction chimique nucleaire avec salt fondu dont l'efficacite de
production de matieres fissiles et l'efficacite de degagement de
chaleur sont ameliorees et de fournir un SRSFA ameliore de type a haut
gain (designe ci-apres par l'abreviation
"SRSFA h g ") utilise pour le procede.
Un autre but de l'invention est de fournir un procede tres rationalise
pour faire circuler un combustible nucleaire pour fournir au RCSF la
matiere fissile U produite dans le SRSFA h g.
Les etudes actives menees par la demanderesse l'ont conduite a trouver
que le premier but pouvait etre atteint fondamentalement en melangeant
une tres grande quantite de matiere fissile auto produite ou
introduite dans un salt fondu cible dans le SRSFA decrit ci-dessus, et
elle a invente un procede de reaction chimique nucleaire avec salt
fondu utilisant un SRSFA caracterise en ce que l'on effectue cette
reaction alors que les matieres fissiles sont contenues dans le salt
fondu, et un appareil pour une reaction chimique nucleaire avec salt
fondu caracterise en ce qu'il est equipe d'un systeme de derivation
pour la purification du salt fondu cible comprenant par exemple' un
appareil pour reaction par contact avec un metal -liquide et un filtre
a nickel dans un SRSFA constitue d'une cuve de reacteur nucleaire a
salt fondu, d'un echangeur de chaleur et d'une pompe pour mettre en
circulation le salt fondu dans cette cuve de reacteur nucleaire et
dans cet echangeur de chaleur, cette cuve etant une cuve cylindrique
en Hastelloy N fermee a ses extremites superieure et inferieure, dont
la paroi interieure est recouverte d'un bouclier de graphite et qui
comporte un orifice a son extremite superieure et sur laquelle un
accelerateur lineaire est installe pour produire des particules
chargees rapides tels que les protons, de facon a pouvoir injecter
directement les particules sur la surface du salt fondu a travers
l'orifice La demanderesse a en outre invente un procede pour mettre en
circulation une matiere fissile produite par un SRSFA h g qui consiste
a augmenter la concentration en UF 4 dans un salt cible contenant
233 4
0,2 a 1 mole percent de UF 4 provenant du SRSFA h g, en ajoutant au
salt cible du UF 4 obtenu par retrai- tement d'un salt combustible
provenant d'un RCSF lorsqu'on ajoute le salt cible au salt combustible
du RCSF pour fournir du 233 UF 4 dans un systeme combine associant un
SRSFA h g et un RCSF.
La figure 1 est une representation schematique du RSFA utilise pour
effectuer une reaction chimique nucleaire conformement a la presente
invention.
Description de la figure 1:
1: orifice pour le faisceau de protons incident (1 Ge V, 300 m A); 2:
orifice d'entree du salt fondu; 3: orifice de sortie; 4: appareil pour
reaction chimique nucleaire; 5 et 6: bouclier de graphite; 7:
canalisation; 8:echangeur de chaleur; 9: pompe pour mettre en
circulation le salt fondu; 10: soupape de regulation du debit; 11:
canalisation de trop plein; 12: reservoir de stockage du salt fondu;
13: orifice; 14: obturateur; 15: systeme d'evacuation sous vide; 16:
piege a vapeur; 17: accelerateur lineaire; 18: canalisation; 19:
aimant pour faire converger les faisceaux de protons; 20: canalisation
de derivation pour purifier le salt; 21: pompe de derivation; 22:
appareil pour reaction par contact avec un metal liquide; 23: filtre a
laine de nickel-
La figure 2 est une representation schematique d'un mode de
realisation du procede de mise en circu- lation du combustible de
l'invention.
Description de la figure 2:
1: accelerateur de protons 1 Ge V, 300 m A; 2: SRSFA h g; 3:
reservoir; 4: installation de retraitement; 5: RCSF; 6: reservoir.
La structure du SFSFA h g utilise dans la presente invention est
essentiellement identique a celle de la demande de brevet americaine
USSN 250 533 mais est concue de facon a diminuer les quantites totales
de salt cible et la quantite absolue de matiere fissile contenue et la
matiere fissile est ajoutee positivement au salt fondu cible
Conformement a l'un des buts de l'invention, on considere l'addition
de 0,2 a 1 mole percent de 233 UF 4 Cela permet d'eviter d'atteindre
le point critique de reactivite nucleaire Cependant lorsque la
concentration est plus elevee, la quantite de matiere fissile
necessaire augmente ce qui rend le procede peu economique Cette
concentration doit etre choisie de facon a etre suffisamment
superieure a celle -du salt combustible destine au reacteur a salt
fondu (fission) que l'on souhaite faire fonctionner en'l'alimentant
avec 233 U produit utilise tel quel.
Dans le SRSFA anterieur, il se produit simultanement une reaction de
spallation nucleaire Au sens restreint du terme et une reaction de
fission alors que dans le cas de la presente invention, on accroit
seulement le degre de reaction de fission de telle sorte que la
quantite de dechets de reaction nucleaire (impuretes) augmente En
consequence, on utilise dans le procede de l'invention un systeme de
derivation du salt fondu cible comportant par exemple un appareil de
reaction par contact avec un metal liquide et un filtre a laine de
nickel.
On preleve par pompage le salt fondu en quantite moderee dans le
reservoir de stockage (environ 10 a 30 percent en volume/an) et, apres
avoir effectue l'operation de purification, on l'introduit dans le
reacteur a salt fondu et on y ajoute un salt tel que Li F-Be F 2-Th F
4 etc ne contenant pas de matiere fissile tout en regulant les
fluctuations de la composition du salt.
Selon la presente invention, le fonctionnement peut etre amorce en
utilisant du 3 UF 4 ou du Pu F 3 au lieu du 233 UF 4 On peut egalement
utiliser le salt contenant de l'uranium, tel qu'il est decrit dans la
demande de brevet egalement en cours d'examen US SN 250 533 au lieu du
salt contenant du Th, dans le
SRSFA S utilise comme reacteur produisant du 39 Pu.
Il est necessaire de soumettre le salt cible provenant du SRSFA a une
operation de purification comprenant une operation d'elimination des
oxydes, l'elimination des matieres solides en suspension par filtrage,
etc avant de le transferer au RCSF.
Le salt combustible provenant du RCSF est envoye dans des
installations de retraitement chimique en discontinu au centre de la
zone o se trouve le SRSFA (zone de securite) et se trouve tout d'abord
sous forme de UF 4 seulement En consequence, on ajoute au salt cible
d'alimentation du UF 6 produit par vaporisation de 233 UF 6 lors du
traitement de fluoration par du fluorine gazeux, celui-ci etant reduit
en UF 4 On y ajoute en quantite appropriee du 7 Li F ou du Be F 2 pour
que la concentration soit egale a celle du salt combustible du RCSF.
La composition du salt contenant du Th F 4 purifie par retraitement
chimique est ajustee de facon a permettre la dilution du salt cible et
de telle sorte qu'il ait pratiquement la meme composition que
celui-ci, en ajoutant du Th F 4 et une petite quantite de Be F 2, etc
Ce salt est ajoute par intermittence au
SRSFA.
Les exemples non limitatifs suivants sont donnes a titre
d'illustration de l'invention.
EXEMPLE 1
Dans le SRSFA, on utilise une cuve pour reaction nucleaire ayant une
forme telle que la moitie superieure de la cuve a salt soit un
cylindre d'un diametre d'environ 4,5 m et que sa moitie infe- rieure
soit un cone inverse dont la forme et la dimension peuvent etre
modifies dans une certaine mesure Le volume de salt fondu se trouvant
dans l'ensemble du systeme est d'environ 90 mu 3 Le salt fondu utilise
a pour composition Li F-Be F 2-Th F 4-
233 UF 4 (64-18-17,5-0,5 moles percent) et contient des matieres
fissiles Dans ce cas, la quantite totale de Th est d'environ 120
tonnes et la quantite de
3 u necessaire est d'environ 3,4 tonnes.
Selon la presente invention, le rendement de production de U est accru
d'environ 40 a 50 percent par comparaison au cas o l'on n'ajoute pas
de matieres fissiles En consequence, les matieres fissiles sont
produites a raison d'environ 1,2 tonne par an, ce qui conduit a une
duree de doublement de 2 a 3 ans Cela represente une augmentation
d'environ 0,2 mole percent par an Par consequent, le salt se trouvant
dans le reservoir de stockage 12, dont la composition est equivalente
a celle du salt fondu cible passant dans la canalisation de trop
plein, est donc preleve environ une fois par mois et la meme quantite
du salt 7 Li F-Be F -Th F (64-18-18 moles percent),
2 4 ne contenant pas de matieres fissiles y est ajoutee.
Comme la quantite d'impuretes produites par la fission nucleaire est
plus elevee que dans le cas du SRSFA s (environ 170 Kg par an au lieu
d'environ Kg par an), un systeme de derivation 20 permettant de
purifier en continu le salt fondu est fourni comme le-montre la figure
Il s'agit d'un systeme permettant, au moyen de la pompe 21, de
realiser une derivation en provenance de la canalisation de sortie 7
de l'echangeur de chaleur et un recyclage vers la pompe principale qui
fait circuler le salt fondu 9, par
7 2519792 l'intermediaire de l'appareil 22 a reaction par contact avec
un metal liquide et du filtre a laine de nickel 23.
Le salt cible provenant du reservoir de stockage 12 est davantage
purifie de facon a pouvoir etre utilise comme produit contenant des
matieres fissiles ajoutees a un salt combustible pour reacteur a salt
fondu On peut en outre en extraire du 233 U pouvant etre utilise comme
combustible solide.
La puissance de ce type de SRSFA a haut gain est augmentee d'environ
330 000 KW (chaleur) et est exploitee par augmentation du debit de
salt fondu cible d'environ 1 m 3/S.
EXEMPLE 2
La matiere fissile 233 U ajoutee au salt cible de l'exemple 1 est
remplacee par 20 percent de 235 U + 80 percent de 238 U Dans ce cas,
on remplace environ 14 238 238,l tonnes de U par 14 tonnes de Th sur
environ 12 tonnes de 238 Th En consequence, environ 12 percent de 233
U produit sont convertis en 239 Pu Cependant, la concentration en 239
Pu diminue progressivement
23 3 puisque l'on n'ajoute pas ulterieurement du 8 U (ni du U) Dans le
reacteur a salt fondu recevant cette matiere fissile, le 239 Pu
disparait plus rapidement.
EXEMPLE 3
Meme dans le cas o l'on utilise du 239 Pu F 3 comme matiere fissile au
premier stade du fonctionne- ment, on peut s'attendre a un rendement
identique ou superieur.
Comme le montre la description ci-dessus, il est necessaire d'utiliser
une matiere fissile au stade initial de la reaction, bien qu'on puisse
s'attendre a une duree de doublement excellente de 2 a 4 ans Le
rendement de production en matiere fissile est porte a plus de 50
percent.
En outre, la quantite de chaleur degagee augmente, permettant ainsi la
production et la vente d' nergie electrique.
Selon la presente invention, le salt provenant du salt cible peut etre
ajoute tel quel dans le salt combustible du reacteur (a fission) a
salt fondu pour servir d'addition a la matiere fissile.
Cependant, l'elimination des impuretes est necessaire.
L'appareil de l'invention ne demande pas de modifications importantes
au niveau de la recherche et du developpement, meme si la conception
est modifiee Cela permet donc actuellement un fonction- nement optimal
en utilisant la composition de salt fondu decrite tout en tenant
compte des specifications du reacteur, des conditions d'utilisation de
l'energie nucleaire et des criteres economiques.
EXEMPLE 4
Le SRSFA h g comportant un accelerateur a protons de 1 Ge V, 300 m A,
peut produire environ 1,33 tonne de combustible U pendant un an
lorsqu'on utilise comme salt cible du 7 Li F-Be F 2-Th F 4-
2332 4
UF 4 (64-18-17,5-0,5 moles percent) Ceci permet d'obtenir suffisamment
de matiere fissile pour alimenter environ 17 RCSF de 1 000 000 K We
(taux de conversion: 0,9) On decrira ci-apres le cycle du combustible
pour un RCSF 650 Kg du salt provenant du RCSF ont
3 pour composition 7 Li F-Be F 4-Th F 4-233 UF (71,75-16-12 0,25 moles
percent) et on separe environ 7,8 Kg de 233 UF (5,7 Kg de 233 U) par
vaporisation de fluoride dans les installations de retraitement
chimique se trouvant dans la zone centrale Lorsqu'on les ajoute a 560
Kg du salt cible provenant du SRSF, on obtient du Li 7 F-
Be F 2-Th F 4 23 UF 4 (63,8-17,9-17,4-0,85 moles percent).
Cela represente une addition d'environ 8 Kg de 233 U si l'on deduit la
quantite provenant du RCSF Cette operation est effectuee environ 10
fois pas an.
Enfin, lorsqu'on les ajoute au RCSF, on ajoute simultanement pour
ajuster la composition environ 75 Kg de 7 Li F et environ 18 Kg de Be
F 2
EXEMPLE 5
Lorsqu'on utilise comme salt cible du Li F-Be F 2-Th F 4 U F 4
(71,5-1612-0,5 moles percent) ayant une composition semblable a celle
du salt provenant du RCSF, la production et la circulation du
combustible peuvent s'effectuer d'une maniere analoque a celle de
l'exemple 4.
Conformement a la presente invention, on peut obtenir un cycle de
combustible tres economique par un nombre minimum d'operations En
effet, on peut utiliser comme salt combustible un fluoride qui est
chimiquement sur, les dechets vaporisables (ou qui peuvent s'echapper)
ont deja ete traites dans le SRSFA ou le RCSF et leur elimination
n'entraine qu'un trans- port minimum de materiau.
En outre, comme la matiere fissile utilisee dans le procede de
l'invention est transportee hors de la zone de securite sous forme
d'un salt fondu soli- difie contenant une tres grande quantite de
matiere radioactive, elle presente une importante radioactivite y de
sorte que la matiere fissile ne peut pas etre separee de facon simple
La matiere fissile U presente une composition isotopique compliquee
comprenant
232 234 235 236
U, U (U) et U et une masse critique elevee de sorte qu'il est
difficile de la transformer en un explosif.
* 2519792
Claims
_________________________________________________________________
1.Procede de reaction chimique nucleaire avec salt fondu caracterise
en ce qu'on utilise un surregenerateur a salt fondu a accelerateur du
type a fluide unique et en ce que l'on effectue la reactionen ajoutant
une matiere fissile au salt fondu.
2.Procede selon la revendication 1, caracterise en ce que cette
matiere fissile est du233 UF 44.3 Procede selon la revendications
1,caracterise en ce que cette matiere fissile est du235 UF 4.4 Procede
selon la revendication 1, caracterise en ce que cette matiere fissile
estdu 239 pu F
3.Appareil de reaction chimique nucleaire avec salt fondu, caracterise
en ce qu'il est constitue d'un surregenerateur a salt fondu a
accelerateur (1) du type a fluide unique comprenant une cuve de
reacteur(4) nucleaire a salt fondu, un echangeur de chaleur (8) et une
pompe (9) pour mettre en circulation un salt fondu entre cette cuve de
reacteur nucleaire et cet echangeur de chaleur, cette cuve de reacteur
nucleaire etant une cuve cylindrique en Hastelloy N fermee a ses
extremites superieu et inferieure, dont la paroi interieure est
recouverte d'un bouclier de graphite (5,6) et qui comporte un orifice
(13) a son extremite superieure, et sur lequel est monte un
accelerateur lineaire (17) produisant des particules chargees rapides
tels que des protons de telle sorte que des particules soient
injectees directement sur la surface du salt fondu a travers 1 '
orifice (13), et caracterise en ce qu'il est equipe d'un systeme de
derivation (20) du salt fondu cible camportant par exemple un
dispositif de reaction par contact (22)avec un metal liquide et un
filtre a nickel(23).6 Dans un systeme constitue par l'asso-ciation
d'un surregenerateur a salt fondu a accelerateur du type a haut gain
et un reacteur convertisseur a salt fondu, procede pout mettre en
circulation une matiere fissile produite par ce surregenerateur a salt
fondu a accelerateur, consistant a augmenter la concentration en Up
dans un salt cible contenant 0,2 a 1 mole percent de 33 U F 4
provenant de ce surregenerateur a salt fondu4 233a accelerateur en
ajoutant du UF 4 obtenu par retraitement d',un salt combustible
provenant de ce reacteur convertisseur a ce salt cible lorsqu'on
ajoutece salt cible au salt combustile de ce reacteur convertis-seur
pour y introduire d U 2 UF 4.7 Procede selon la revendication 6,
carac-terise en ce que la composition du salt fondu estLi F-Be F 2-Th
F 4 3 UF 4.8 Procede selon la revendication 6, caracterise en ce que
le salt cible provenant du surregenerateur a salt fondu a accelerateur
est soumisa une operation d'elimination des impuretes.9 Procede selon
la revendication 6, caracterise en ce que la composition du salt
contenant du Th F 4 purifie dans une installation de retraitement est
ajust(de facon a etre pratiquement identique a celle du sel cible par
addition de Th F 4 et d'une petite quantite de Be F 2 puis en ce qu'il
est introduit dans ce surregenerateur a salt fondu a accelerateur en
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