Fonctionnement d’un réacteur

Un réacteur nucléaire est un système capable de maîtriser une réaction de fission nucléaire en chaîne. La plupart des réacteurs industriels sont destinés à la production d’électricité – on les appelle électrogène. Le principe est de véhiculer la chaleur produite par cette réaction jusqu’à une turbine et un alternateur, pour produire de l’électricité.​

LES ÉLÉMENTS GÉNÉRIQUES
D’UN RÉACTEUR NUCLÉAIRE
Sous l’effet d’une collision avec un neutron incident, un atome d’uranium se brise en deux : cette fission produit l’éjection d’autres neutrons qui peuvent provoquer à leur tour une nouvelle fission, le tout s’accompagnant d’un grand dégagement d’énergie.

Le réacteur nucléaire est un système permettant de contrôler cette réaction en chaîne et de récupérer l’énergie qu’elle dégage. Le réacteur proprement dit, quelle que soit la filière à laquelle il appartient est caractérisé par les principaux éléments suivants :

Le cœur reçoit le combustible qui contient les matières fissiles énergétiques ainsi que des matières fertiles qui, sous l’action des neutrons, se transformeront partiellement en matières fissiles. Le combustible peut prendre différentes formes : pastilles, boulets, particules. Ces éléments peuvent être rassemblés en crayons, en aiguilles ou en plaques, eux-mêmes réunis en assemblages.
Le modérateur a pour rôle de ralentir les neutrons émis lors de la fission, trop énergétiques pour provoquer efficacement une nouvelle fission. Dans les réacteurs dits à neutrons thermiques (comme ceux du parc EDF actuel), les neutrons doivent passer d’une vitesse de 20 000 km/s à une vitesse de l’ordre de 2 km/s, afin que les réactions de fission se produisent plus facilement, et en plus grand nombre. Ces neutrons ainsi ralentis (encore appelés neutrons lents ou neutrons thermiques) sont freinés lorsqu’ils traversent une matière composée d’atomes à noyaux légers qui ne les absorbent pas, comme de l’eau ou du graphite par exemple. Dans les réacteurs à neutrons rapides, on évite au contraire de ralentir les neutrons ; le modérateur est donc absent.
Le fluide caloporteur évacue du cœur l’énergie thermique dégagée par les fissions et transporte les calories vers les systèmes qui transformeront cette chaleur en électricité : turbine et alternateur (« îlot conventionnel » de la centrale nucléaire). Le caloporteur est soit l’eau dans les “réacteurs à eau” (elle y joue également le rôle de modérateur), soit un métal liquide (sodium ou plomb), soit un gaz (historiquement le gaz carbonique, puis l’hélium) dans les réacteurs à caloporteur gaz. Le fluide caloporteur a également pour fonction de maintenir la température du cœur à une valeur compatible avec la tenue des matériaux.

Source CEA Découvrir et comprendre