Comment alimenter l’énergie nucléaire pour un avenir plus propre ?

Énergie nucléaire est obtenu par l’énorme quantité d’énergie qui est libérée par les atomes dans les processus de fusion ou de fission. La fusion se produit lorsque deux atomes légers (comme l’hydrogène) sont joints pour former un atome plus gros. D’autre part, la fission nécessite de diviser les gros atomes lourds (comme l’uranium) en plus petits. Les deux processus libèrent de grandes quantités d’énergie qui peuvent être utilisées pour alimenter efficacement les villes sans contribuer directement aux émissions de gaz à effet de serre. L’un des principaux défis consiste à alimenter ces processus de manière sûre et durable.

Procédés d’énergie nucléaire

Les processus de fission et de fusion présentent leurs propres défis. Alors que la fission nucléaire est un processus qui a été perfectionné au fil des ans, la fusion nucléaire est encore une avancée relativement nouvelle. Lorsque les particules d’hydrogène se lient, cela crée de l’hélium gazeux et des neutrons flottants qui transfèrent leur énergie cinétique sous forme Chauffer. La chaleur peut être utilisée pour faire bouillir de l’eau pour produire de la vapeur, qui alimente des turbines pour produire de l’énergie électrique.

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La fusion nécessite de grandes quantités d’énergie pour être conduite et contrôlée. C’est parce que les particules doivent être chauffées à une température extrêmement élevée températures. Une fois que cela se produit, ils peuvent être forcés de fusionner malgré leurs forces électrostatiques extrêmement répulsives. Alors que le soleil et d’autres étoiles le font chaque seconde, on ne savait pas si ces conditions pouvaient être reproduites sur Terre jusqu’à très récemment.

L’un des inconvénients de la fusion est qu’il y a très peu d’exploration dans ce domaine en raison des limites technologiques et des coûts. Les progrès en matière d’équipement et de méthodes pour effectuer la fusion n’ont été réalisés que récemment et les progrès sont lents. Cependant, on s’intéresse de plus en plus à l’énergie de fusion en raison de son incroyable efficacité. En fait, c’est l’un des plus efficaces énergie renouvelable sources car, après le premier processus de fusion, l’énergie obtenue peut être utilisée pour alimenter d’autres réactions en aval.

À l’inverse, la fission est plus facile à réaliser car les atomes plus gros sont plus faciles à scinder. Pour ce faire, un neutron entre en collision avec un gros atome et le divise en plusieurs parties, libérant de l’énergie par la chaleur et le rayonnement. Bien que la fission soit un processus plus facile à mettre en œuvre, elle produit des déchets radioactifs de qualité militaire nocifs pour les organismes vivants. En effet, des expositions élevées à des matières radioactives peuvent altérer ADN au niveau cellulaire, ce qui peut avoir un impact sur la santé globale et la reproduction.

Combustibles énergétiques pour la fusion

Le deutérium et le tritium sont des formes d’hydrogène qui peuvent être utilisées comme combustibles de fusion et sont prédominantes dans la nature. Le deutérium peut facilement être distillé à partir d’eau de mer ou d’eau douce et est très efficace. Il y a suffisamment de deutérium naturellement disponible pour nourrir les humains pendant 150 milliards d’années ! Bien que le tritium soit plus rare, il peut être produit synthétiquement. Il peut être extrait de lithiumqui est également abondant dans la nature.

L’utilisation du tritium en conjonction avec le deutérium dans les réactions nucléaires peut être extrêmement utile. En fait, quelques grammes seulement de chaque réactif peuvent produire un térajoule (un billion de joules) de énergie. Cela suffit pour répondre aux besoins énergétiques d’un individu dans un pays développé pendant 60 ans.

Étant donné que la fusion utilise deux atomes d’hydrogène qui fusionnent en hélium, un gaz non toxique, le processus est tout à fait sûr. La fusion produit également des matières radioactives très minimes. Les déchets radioactifs produits sont également à vie courte et peuvent être recyclé en 100 ans environ, contrairement à celle de la fission qui peut prendre plusieurs siècles.

Alimenter la fission

U-235

Des atomes lourds comme l’uranium et, moins fréquemment, le plutonium ou le thorium, sont nécessaires pour alimenter la fission. Les centrales nucléaires utilisent principalement un isotope spécifique de uranium, appelé U-235, car ses atomes sont faciles à diviser. Bien que l’uranium soit un élément commun, l’U-235 est extrêmement rare, présent dans seulement 0,7 % de l’uranium naturel.

L’uranium peut être trouvé dans les roches et l’eau de mer et le concentré est séparé du minerai dans des usines ou une boue par lixiviation in situ. Dans le passé, l’exploitation minière traditionnelle de l’uranium causait des perturbations majeures du sol et l’absence de réglementation posait des risques pour l’environnement. environnement et ouvriers sur place. Ces dangers sont maintenant limités grâce à l’utilisation de méthodes contemporaines de lixiviation in situ.

La lixiviation in situ utilise de l’eau injectée avec oxygène qui circule dans les forages pour extraire le minerai d’uranium. Cette solution d’uranium est ensuite pompée à la surface et séchée pour devenir un concentré d’oxyde d’uranium avant de pouvoir être enrichie et transformée en combustible.

Une fois le concentré d’oxyde d’uranium obtenu, il doit être converti en hexafluorure d’uranium gaz, qui est enrichi dans des centrifugeuses pour obtenir de l’U-235. Celui-ci est ensuite converti en poudre de dioxyde d’uranium et comprimé en pastilles de combustible. Ces pastilles de combustible à l’uranium ont à peu près la taille d’un cube de sucre. Cependant, malgré leur petite taille, ils sont incroyablement puissants. Chaque pastille contient autant d’énergie qu’une tonne métrique (1,1 tonne US) de charbon !

Bien qu’il existe des mines à travers le monde, 85% de l’uranium utilisé pour l’énergie est produit en Australie, au Canada, au Kazakhstan, en Namibie, au Niger et en Russie. Les mines d’uranium ont tendance à avoir un environnement similaire et santé– les risques liés aux mines métallifères, mais avec des risques supplémentaires liés aux rayonnements. Si elle n’est pas gérée de manière appropriée, l’extraction de l’uranium peut poser des risques tels que la pollution de l’air par la poussière radioactive et la contamination des eaux souterraines environnantes.

Réacteurs à sel fondu

Les réacteurs à sels fondus (MSR) ont été testés pour la première fois dans les années 1960. Ces Machines utiliserait une combinaison de sels liquides comme carburant. L’utilisation de MSR est potentiellement plus sûre que les réacteurs nucléaires typiques car ils nécessitent des pressions plus basses et ont des mesures de sécurité intégrées contre la surchauffe.

Pour le processus de fission, le thorium radioactif dans le cœur chauffe le sel fondu. Cela tourne l’eau en vapeur qui active une turbine pour produire de l’électricité. Si à un moment donné le noyau surchauffe, le sel tombe dans un récipient de confinement et se solidifie.

Ces dernières années, des MSR ont été développés dans des pays tels que Chine, les États-Unis et le Danemark. Ils sont explorés pour commercialiser pour les navires. De cette façon, les navires pourront naviguer électriquement en produisant leur propre approvisionnement en électricité et ne devront jamais dépendre de l’énergie à base de combustibles fossiles.

Carburant Triso

Ces dernières années, les carburants TRISO ont gagné en vitesse. Ce sont des combustibles particulaires ISOtropes TRi-structurels. Chaque particule est constituée d’un noyau d’oxygène, d’uranium et de carbone qui est enfermé dans trois couches de matériaux à base de céramique qui empêchent la libération de radioactif Matériel. Ces grains n’ont qu’environ la taille d’une graine de pavot, mais sont très robustes. En fait, ils ont même été considérés comme le combustible nucléaire le plus robuste sur terre en raison de leur résistance aux températures élevées, à l’irradiation neutronique, à la corrosion et à l’oxydation.

Ces noyaux de carburant sont également très polyvalents. Une fois transformés en galets de la taille d’une boule de billard, ils peuvent être utilisés dans des MSR ou des réacteurs à gaz à haute température. Grâce à TRISO combustibles‘ propriétés uniques, ils peuvent être utilisés plusieurs fois, ce qui les rend durables car ils nécessitent une fabrication moins fréquente. Actuellement, les carburants TRISO sont encore en cours de développement pour une efficacité maximale. Ils sont également explorés pour une utilisation à la fois dans les grands réacteurs nucléaires et dans les petits réacteurs/microréacteurs modulaires.

En conclusion…

Selon le type de réaction nucléaire en cours, divers combustibles peuvent être utilisés pour Puissance. Pour la fusion, le deutérium et le tritium sont particulièrement utiles en raison de leur abondance et de leur facilité de production, respectivement. Pour la fission, s’éloigner lentement de l’uranium peut être une approche plus sûre et plus durable. De cette façon, les nouveaux développements des carburants MSR et TRISO peuvent être utilisés pour leur sécurité et leur efficacité optimisées.

Passant par Administration américaine de l’information sur l’énergie

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