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Novel concept of cost-effective hybrid concrete/steel Auxiliary Shielding Module for enhancing the Radiological, Thermal and Structural behaviour of Spent Nuclear Fuel Dry Storage metallic casks

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Une nouvelle solution pour le stockage à sec et à ciel ouvert du combustible nucléaire irradié

Au bout d’un certain temps, le combustible d’un réacteur nucléaire cesse de produire de l’énergie de manière efficace et doit être remplacé. La gestion du combustible nucléaire irradié (CNI), qui reste fortement radioactif et produit beaucoup de chaleur, s’est avérée difficile pour les pays producteurs d’énergie nucléaire. Mais un projet propose une solution.

Énergie

Au cours du processus d’appauvrissement de l’uranium enrichi, les réactions de fission produisent une série d’isotopes radioactifs instables. Ces derniers, piégés à l’intérieur des barres de combustible, transforment l’assemblage combustible en une source de chaleur hautement radioactive. Une fois que les matières fissiles des barres sont épuisées, elles sont retirées du cœur du réacteur et remplacées. Les centrales nucléaires stockent généralement le CNI sous l’eau, dans des piscines (stockage humide), pour les refroidir et les protéger contre les fuites de rayonnement. La saturation des piscines de stockage de CNI a nécessité le recours à un stockage à sec, où les barres sont aéroréfrigérées et leurs fûts de stockage utilisés comme boucliers de protection. De nos jours, le stockage en fûts sur une installation de stockage indépendant de combustible nucléaire irradié (ISFSI) est la solution privilégiée, en attendant une élimination définitive. Mais ces ISFSI doivent respecter les doses limites réglementaires, ce qui limite le nombre de fûts qu’une ISFSI peut stocker. Le projet ASM, financé par l’UE, a mis au point une solution rentable en matière de stockage provisoire de CNI, baptisée ASM (module de blindage auxiliaire), qui optimise la quantité stockée en utilisant des fûts métalliques à double usage (stockage et transport) améliorés. Une nouvelle solution L’ASM se compose de plusieurs anneaux en acier inoxydable avec deux brides (inférieure et supérieure) et deux embouts (interne et externe) remplis de béton, qui entourent le fût métallique contenant le CNI. Une fois la phase de conception préliminaire achevée, la solution a été soumise à un processus de vérification, incluant des analyses radiologiques, structurelles et thermiques, en vue d’améliorations conceptuelles. L’analyse radiologique a permis d’optimiser le blindage, notamment son épaisseur et sa hauteur, tout en tenant compte des restrictions de poids relatives aux ISFSI. Une analyse structurelle a évalué l’influence probable des accidents sur la base d’incidents connus et a révélé que l’ASM remplissait brillamment son rôle de couche supplémentaire de protection contre les impacts, les renversements ou les soulèvements dus aux séismes. L’analyse thermique a permis de vérifier les températures maximales de sécurité, parallèlement à la conception d’un système de ventilation composé de six prises d’air au niveau de l’anneau inférieur, laissant passer un flux d’air dans l’espace compris entre le fût métallique et l’ASM. «L’ASM améliore non seulement le comportement radiologique du fût métallique, mais offre également des performances thermiques et structurelles supérieures, en évitant les longues phases de construction et d’autorisations propres aux solutions alternatives, telles que les ISFSI couvertes, et en le faisant pour 32 % du coût de cette alternative», déclare M. Jokin Rico, coordinateur du projet. Conçu pour être léger, l’ASM reste sous la barre des 100 tonnes, fût métallique compris, tout en parvenant à réduire les doses de radiations aussi bien que les fûts en béton. Son épaisseur peut être adaptée en fonction des exigences en matière de doses limites. Il peut également être installé à l’aide de la grue qui sert déjà à manipuler les fûts, ce qui évite ainsi d’avoir recours à des installations supplémentaires. Un problème qui prend rapidement de l’ampleur Actuellement, sur les 370 000 tonnes de CNI accumulées dans le monde, les deux tiers (environ 250 000 tonnes) restent dans des piscines pour combustible irradié. Avec une production de CNI qui devrait passer de 10 000 à 15 000 t/an d’ici 2030, il faudra faire de la place en transférant les CNI plus anciens sur des sites de stockage à sec, ce qui nécessitera plus de 25 000 fûts. On estime que 70 % des 560 000 t de CNI qui auront été accumulées d’ici 2030 devront être stockées à sec. «L’ASM répond aux préoccupations des parties concernées par le CNI et par l’absence de moyen rentable de stocker les combustibles usés en respectant les doses limites obligatoires, tout en permettant de d’entreposer un grand nombre de conteneurs dans des ISFSI qui existent déjà», déclare M. Rico. La phase suivante consistera à construire un prototype d’ASM pour faire la démonstration des processus de fabrication et d’installation, ainsi que des performances de l’assemblage. Par ailleurs, des efforts sont actuellement entrepris en vue de certifier cette solution grâce aux dernières données sur l’ASM en ce qui concerne le combustible et les fûts.

Mots‑clés

ASM, combustible nucléaire irradié, barres de combustible, fûts, stockage, centrales électriques, réacteur, uranium, radioactif, fissile

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