Réacteur thorium à sels fondus de 100 MW opère sans réapprovisionnement fissile

Un nouveau concept de réacteur à sels fondus (RSF) fonctionnant dans le spectre thermique propose d'alimenter le cœur uniquement avec du thorium-232 (Th232), un combustible fertile. Ce réacteur à triple fluide comprend un sel de thorium fondu en guise de couverture, de l'eau lourde comme modérateur et un sel d'uranium fondu comme sel combustible. Selon ses concepteurs, la fission se produit exclusivement dans le sel combustible, tandis que les neutrons sont absorbés par la couverture où le Th232 est converti principalement en uranium-233 (U233). Un système propriétaire transfère périodiquement l'uranium généré — à raison de quelques grammes par transfert — depuis la couverture vers le sel combustible, plusieurs fois par heure de fonctionnement. Des traces d'uranium-232 et d'uranium-234 sont également générées dans la couverture.

Architecture compacte et économie neutronique

Le réacteur est conçu pour produire 100 mégawatts (MW) de chaleur. Le diamètre extérieur du cœur baptisé Onion Core® atteint 2,4 mètres. Deux barrières séparent le sel chaud de l'eau lourde non pressurisée, une mousse isolante en graphite étant placée dans la cavité intermédiaire. Le transfert de chaleur des sels chauds vers l'eau lourde a été mesuré à environ 35 kilowatts (kW), selon les concepteurs. La majorité de l'élévation de température dans l'eau lourde proviendrait des neutrons et des rayonnements gamma.

Entre 5 et 7 % de l'énergie totale du réacteur serait injectée dans l'eau lourde, une fraction valorisable pour le dessalement de l'eau ou le chauffage urbain. Pour atteindre un régime de surgénération — produire davantage de matière fissile qu'il n'en consomme —, le concept requiert l'extraction de la majorité des produits de fission à l'exception du groupe des lanthanides. Un échangeur de chaleur crée trois barrières entre le sel radioactif et le sel acheminé vers le client final, par exemple pour la production d'électricité. La paroi du cocon et la paroi d'isolation atteignent plusieurs mètres d'épaisseur afin d'assurer la protection contre les rayonnements.

Sûreté passive et suivi de charge

La coupure de l'alimentation électrique des pompes constitue la principale fonction de sûreté. Lorsque les pompes sont arrêtées, l'ensemble des liquides — sels et eau — se vidangent dans leurs cuves de vidange respectives en 10 à 300 secondes selon le volume de chaque circuit. Le réacteur ne nécessite pas de barres de contrôle ; la criticité est ajustée en modulant le volume d'eau lourde dans la zone interne. Ce concept est configuré pour fonctionner uniquement en suivi de charge, la puissance du cœur suivant strictement l'énergie extraite du circuit sel.

La conception s'inscrit dans une réflexion plus large sur les technologies de quatrième génération. L'ensemble des réacteurs à fission construits à ce jour nécessitent des rechargements périodiques en combustible fissile enrichi ou à base de plutonium. Les défis techniques propres aux réacteurs alimentés en combustible fertile incluent l'obtention d'une économie neutronique optimale avec une fuite neutronique minimale, la réduction des absorptions parasites dans le cœur, et la minimisation des pertes lors du retraitement. Le coût du combustible fissile est, selon les concepteurs, typiquement plusieurs ordres de grandeur supérieur à celui du combustible fertile tel que le thorium.