Rendement total d'une fission de l'Uranium

[invité576543]

Bonjour,

Je m'interroge sur le bilan complet de la filière actuelle de fission de l'Uranium.

Si on part d'une quantité donnée, disons 10000 d'Uranium naturel, on dispose de 70 d'U235 et le reste en U238 (en gros), soit 70 fissiles et 9930 fertiles.

Au bout d'un cycle dans un réacteur + retraitement on va se retrouver avec :

x1 fissions (une partie des 70 U235 + une partie des fertiles qui ont été transformés en fissiles dans le réacteur même)

x2 fissiles injectable dans le prochain cycle (Pu239 obtenu par retraitement, principalement)

x3 fertiles injectables dans les prochains cycles (l'U238 appauvri issu de l'enrichissement, plus les fertiles récupérés par retraitement)

x4 fissiles perdus dans les déchets après retraitement, non réutilisables avec les techniques actuelles

x5 fertiles perdus dans les déchets après retraitement, non réutilisables avec les techniques actuelles

x6 lourds ni fissile ni fertile dans la filière actuelle (genre U236)

Ce qui doit être exhaustif, puisque cela prend en compte tous les devenirs des noyaux lourds entrant dans le cycle.

J'imagine que les chiffres sont à peu près les mêmes dans les cycles suivants, pour une quantité de fissiles en entrée donné, même si la composition détaillée en fissiles, ou la composition détaillée en fertiles, sont différentes.

Quels sont ces quantités avec les filières actuelles?

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Pour moi le rendement total (après une infinité de cycles) est alors de x1 (1 + x2/70 + (x2/70)²+ ...)/10000, soit x1/10000 divisé par (1-x2/70) si x2<<70, et quelque chose comme x1/(x1+x4+x5+x6) si x2>70, et quelque chose de compliqué combinant les deux sinon.

Me trompe-je?

Merci d'avance,

Cordialement,
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[invite0c8010b4]

Bonjour,

je ne connais pas les proportions de combustibles en fin de cycle. Il me semble qu'un tiers de l'U235 a été "brulé" en fin de cycle.

Par contre, ton rapport initial n'est pas exact, la concentration en U235 est de l'ordre de 4% dans un réacteur type REP.
Le rapport que tu décris ressemble plus à celui de l'Unat.

++

[invite0c8010b4]

Pas trouvé comment je pouvais éditer mon précédent message...

On peut partir de 100 atomes d’uranium, dont 4 d’isotope 235 (fissile) et 96 d’isotope 238 (fertile). Sur les 4, un seul subsitera et 3 subiront la fission.

Sur les 96 U238 initiaux, 3 seront transformés en Pu et 93 ne bougeront pas. Sur les 3 Pu formés, 2 subiront la fission.

Au final, seul 5% du combustible aura engendré une réaction de fission.

[invite8915d466]

ben non, les deux Pu fissionnant reproduisent du nouveau Pu avec des couvertures d'U238 appauvris (c'est le principe du surgénérateur au Pu)

En théorie ça pourrait approcher 100 % mais bien sûr à chaque étape il y a des pertes, en particulier lors du retraitement, donc effectivement tout dépend de la quantité perdue dans 4,5,6 de la liste de Michel qui me semble exhaustive.

En théorie la surgénération devrait augmenter les réserves d'un facteur 10000/70 = 1400 (je pense que Michel parlait bien du rendement à partir de U naturel). Or on parle d'environ 1000 ans de réserves avec le Pu pour couvrir tous les besoins actuels d'énergie, contre seulement 5 ans avec l'U235 (100 ans à la conso actuelle mais il n'en couvre que 5% du total), ce qui donnerait plutot un facteur 200. La surgénération ne doit donc utiliser qu'environ 15 % de l'U238, à vérifier....

[A voir en vidéo sur Futura]

[invité576543]

En théorie la surgénération devrait augmenter les réserves d'un facteur 10000/70 = 1400 (je pense que Michel parlait bien du rendement à partir de U naturel).

Je confirme. Le message #1 me semblait clair ("Si on part d'une quantité donnée, disons 10000 d'Uranium naturel").

Cordialement,

[invité576543]

Mais sinon, ma question n'était pas sur la surrégénération, mais sur le rendement (ramené à l'atome d'Uranium naturel) des filières actuelles, avec retraitement.

Les chiffres donnés par Klax approchent la barre critique (3 fissions donnent 3 Pu), et du coup le rendement dépend énormément du retraitement (quelle proportion des U235 et des P239 intacts peut-on récupérer dans les "cendres" et réinjecter dans le système?).

Cordialement,

[invite8915d466]

ah d'ac, il y a quelque chiffres ici

http://www.energethique.com/energie/plutonium.htm#bal3

Le plutonium qui se forme dans les combustibles est partiellement consommé par fission lors de son séjour dans le réacteur et de ce fait compense partiellement la disparition des atomes d’uranium 235. Cette fission du plutonium contribue pour un tiers à la production d’énergie libérée par un combustible. Pour être plus précis, une tonne de combustible neuf contient environ 30 kilogrammes d’uranium 235 et 970 kilogrammes d’uranium 238. Lors de son séjour en réacteur dans les conditions d’exploitation actuelles, 20 kilogrammes de plutonium sont formés dont 10 kilogrammes détruits par fission donnant 10 kilogrammes de produits de fission, 20 kilogrammes d’uranium 235 subissent la fission en générant 20 kilogrammes de produits de fission. Au terme de ce premier cycle de production d’énergie, il demeure donc dans une tonne de combustible usé 10 kilogrammes d’uranium 235, 950 kilogrammes d’uranium 238 et 10 kilogrammes de plutonium. Le potentiel énergétique de ce plutonium est considérable. En effet, sa fission peut libérer une énergie de 220 millions de kWh et donc générer 70 millions de kWh d’électricité.

donc en gros 30 kg d'U235 donne 20 kg supplémentaire de Pu , et 30 kg sur les 50 de matière fissile totale sont brulés. Reste à rajouter la quantité effectivement reextraite par le retraitement... quelque chose comme la moitié ?

Cdt

Gilles

[KLOUG]

Bonsoir

Grosso modo en prenant les ordres de grandeurs et en partant de combustible nucléaire enrichi à 3 % (3,25 si vous êtes puriste).
Il y a au départ 97 % d'uranium 238 et 3 % d'uranium 235.
Au bout de 3 cycles en réacteur (du temps où les arrêts de tranche avaient lieu tous les 12 mois car on est maintenant sur des cycles plus proches de 18 mois) il restait :
Venant de l'uranium 238
95 % d'uranium 238, 1 % de plutonium 239 et 1 % de produits de fission
Venant de l'uranium 235
1 % d'uranium 235 et 2 % de produit de fission (PF).

Lors d'une discussion précédente il n'est pas évident qu'au niveau de l'usine de retraitement de La Hague vous puissiez obtenir une séparation de tous ces produits de manière parfaite.

On commence par séparer les PF de haute activité puis ensuite on sépare l'uranium et le plutonium.

Pour "réinjecter" ça dans le système on passe :
- soit par la fabrication de combustible à base d'oxyde d'uranium, en sachant que ce cet uranium dit de retraitement est "travaillé" sur une chaîne particulière (puisqu'il y a encore des impuretés) dans l'usine où l'on fabrique le combustible traditionnel.
- soit par la fabrication de combustible avec un mélange d'oxyde de plutonium et d'uranium (le MOX réalisé à l'usine MELOX).

Un certain nombre de sites Internet (CEA, AREVA) vous fourniront d'autres données (probablement plus précises que les miennes).

Bonne continuation
KLOUG

[invité576543]

Les chiffres donné par Kloug et Gilles sont les mêmes.

Avec ces chiffres, on entre 3 fissiles, et on obtient 3 fissions et 2 fissiles. Soit au mieux (si le retraitement récupérait 100% des fissiles) un rendement final de 6 fissions par fissile entré, soit 1,4 % de rendement ramené à l'énergie libre contenu dans l'Uranium naturel. (Et de l'ordre de 0,5% en rendement en électricité, et une valeur pouillèmesque si on calculait en non-entropie.)

Avec une efficacité de 50% des fissiles pour le retraitement, cela tombe à 4,5 fissions par fissile entré, 0,35 % de rendement électrique...

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Est-ce que les futurs EPR feront mieux? Mieux que 2 fissiles créés pour 3 fissions?

(Autre question stupide: pourquoi fiche-t-on en l'air l'uranium appauvri? Une balle de 1 gramme d'uranium appauvri c'est quand même un potentiel de 7000 kWh électrique, si je compte bien...)

Cordialement,

[invité576543]

Remarque pas scientifique:

J'aime bien les choix de vocabulaire dans la littérature sur le sujet:

Les experts estiment que l'on pourrait ainsi multiplier d'un facteur 100 les réserves d'énergie venant du nucléaire.

Ca fait quand même mieux que ma manière de présenter les choses, qui serait:

"Les experts estiment qu'on pourrait multiplier par 100 le rendement d'extraction de l'énergie des réserves venant du nucléaire"



(Au passage mes petits calculs laissent penser que si on compte 100, c'est que l'efficacité du retraitement est considérée comme bien plus faible que 50%.)

Cordialement,