増殖または増殖生成とは、特定の原子炉が、肥沃な同位体を核分裂性同位体に変換することによって、消費するよりも多くの核分裂性物質を生成する能力です。
歴史的
増殖炉の概念は、原子力エネルギーの初期に開発されました。米国では、エンリコ・フェルミが1945 年に増殖炉の概念を提案し、1946 年に米国の小型高速炉クレメンタイン（水銀冷却）が建設されました。 1951 年に、最初の (米国)ナトリウム冷却原子炉 EBR1 の分岐が発生しました。フランスでは、1959 年に Rapsodie (20 MW 火力発電所) の建設が開始され、この原子炉は 1967 年に分岐されました。
フランスでは、加圧水型原子炉 (PWR) のフリートは、当初、高速中性子炉 (FNR) 増殖装置のフリートを起動するのに十分なプルトニウムのストックを作成できるようにすることを目的としていました。その後開発された分野は、フェニックス実験炉やラプソディ実験炉、その後スーパーフェニックスなどのナトリウム冷却炉の分野でした。
1977 年から 1982 年にかけて、シッピングポートにあるアメリカの実験用低出力熱スペクトル炉は、広範な減速最適化とウラン233/トリウム燃料を使用して 100% を超える増殖率を達成しました。
高速増殖炉部門の発展は石油ショックによって中断された。
1985 年に就役したフランスのスーパーフェニックスのプロトタイプは 1997 年に放棄されました。
原子力産業の関係者は、ウラン供給の制約（中国とインドの核施設開発によって悪化）に対応し、持続可能な開発目標を達成するために、このコンセプトに興味を持っています。 2000 年に米国が立ち上げた第 4 世代国際フォーラムは、6 つの概念のうち 4 つを備えた高速増殖炉分野を広く推進しています。
- ガス熱伝達を備えた高速/熱反応器。
- ナトリウム冷却高速炉。
- 鉛ビスマス熱伝達を備えた高速炉。
- 溶融塩炉。
過生成の原理
従来の加圧水型原子炉では、核分裂エネルギーの約 3 分の 2 はウラン 235 ( 235 U) の核分裂から直接得られ、3 分の 1 はプルトニウム 239 ( 239 Pu) の核分裂から得られます。この元素は、酸化ウラン(UOX) からなる核燃料には最初は存在しませんが、濃縮可能な238 U 原子核が中性子を捕捉するときに炉心内で生成されます。その後238 U は239 U になり、さらに二重ベータマイナス崩壊によって核分裂性239 Pu に変化します。
肥沃な核から分裂性核を生成することがブリーダー世代の原理です。原子炉は、消費したのと同量以上の核分裂性物質を生成できる場合、増殖炉と呼ばれます。言い換えれば、一定の時間間隔において、破壊された核分裂性核種の数に対する生成された核分裂性核種の数の比は 1 より大きくなければなりません。
これを行うには、中性子束を受けるために、肥沃なブランケットが原子炉に導入されます。このステップの難しさは、核分裂による中性子の生成が、連鎖反応の維持と肥沃な物質の照射の両方に十分でなければならないという事実にあります。この制約は、無菌中性子の捕獲、特に減速材と冷却剤による中性子捕獲を減らすことによって克服されます。
ナトリウム冷却材を使用した高速中性子炉（スーパーフェニックス型）の場合に採用された技術的解決策は、減速材を除去して高速スペクトルを使用することで構成されています。ウラン 238/プルトニウム 239 変換の使用は、高速スペクトルではより効率的であるため、さらに正当化されます。
原子炉内での放射線照射後、燃料と肥沃なブランケットを再処理することにより、原子炉内で生成された核分裂性物質を回収して新しい燃料を製造することが可能になります。
もう 1 つの考えられるサイクルは、トリウム 232/ウラン 233 のサイクルです (特に溶融塩炉内)。大きな困難は、ウラン 233 が自然の状態では存在せず、したがって事前に製造しなければならないという事実から生じており、プルトニウムでは長年にわたってそれが行われてきました。このサイクルは、大量のトリウム埋蔵量を有するインドにとって非常に興味深いものである。このような埋蔵量はブルターニュにも豊富に存在します。
増殖炉の種類
2 つのタイプの増殖炉が提案されています。
- 高速中性子増殖炉またはFNR。
- 熱中性子増殖炉（中性子の熱化を参照）
トリウム 232はウラン 238よりも豊富な元素であり、肥沃な天然同位体でもあります。したがって、トリウムは、増殖原子炉の新しい分野で利用できれば、核エネルギーの重要な埋蔵量を構成することになる。
過剰世代への関心
少なくとも理論的には、品種改良により、ウランの抽出と使用に関連するエネルギー資源を大幅に増加させることが可能になります（50 倍から 100 倍が推奨されることがよくあります）。これにより、地層にウランよりも豊富に存在する元素であるトリウムをウラン233に、またウラン鉱石の主成分であり劣化ウランのほぼ唯一の成分であるウラン238をプルトニウム239に核変換することが可能となる。エネルギーを生み出しながら。
世界の劣化ウラン在庫は現在約100万トンと推定されている。
レビュー
増殖炉は、その費用が高く、リスクが高く、失敗に終わったプロジェクトとして批判されています。フェニックス実験炉はもともと増殖炉の原型として設計されましたが、その後、マイナーアクチニドの「焼却」のための実験室として再分類されました。
ドイツのカルカー増殖炉は、安全上の問題と非常に高いコスト（35億ユーロ）のため、1991年に停止されました。
1997年の会計検査院の報告書によると、スーパーフェニックス原子炉の建設費は600億フランまたは91億ユーロだった。電力の再販による収益は、1986 年から 1996 年までの運営で 14 億ユーロと推定されており、このコストを 77 億ユーロに削減することが可能でした (解体を除く)。
いくつかの増殖炉プロジェクト
- マルクールのフェニックス（ガール）
- クレイズ・マルヴィル（イゼール県）のスーパーフェニックス
- ラインラント下流部のカルカー増殖炉（ドイツ）