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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 129 — #137
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ACTIVITÉ DOCUMENTAIRE
Retraitement du combustible nucléaire
Nécessité du retraitement
Le fonctionnement d’un réacteur nucléaire résulte d’un équilibre entre teneur en
nucléide fissile, ralentissement des neutrons et absorption des neutrons par des
noyaux. Lors de son fonctionnement, la disparition des noyaux 235
92 U et l’apparition
de nouveaux noyaux aux pouvoirs absorbants différents se traduit donc par une évolution des propriétés du milieu. Il n’est pas possible d’assurer le fonctionnement du
réacteur jusqu’à épuisement de l’uranium fissile, malgré sa faible teneur, dans les
conditions choisies avec le combustible initial.
En effet, plusieurs produits de fission sont des absorbeurs de neutrons qui vont
interrompre la chaîne. il faut donc régulièrement retirer le combustible nucléaire,
éliminer les produits de fission, et conditionner à nouveau l’uranium pour un nouvel
emploi dans les réacteurs.
La tâche est très ardue. En effet, le combustible partiellement consommé est un
système très complexe. C’est un milieu hautement radioactif et donc difficilement
manipulable. Il est composé de nombreux éléments chimiques : bien sûr de l’uranium majoritaire mais aussi du plutonium, d’autres transuraniens et une trentaine
d’éléments plus légers de nombre de masse compris entre 90 et 100 (éléments de
la deuxième ligne du bloc d) et entre 130 et 145 (lanthanides).
L’objectif du retraitement est de séparer les produits toujours fissiles (uranium légèrement enrichi en plutonium) des produits de fission indésirables.
Différentes étapes du retraitement
Le retraitement utilise des procédés chimiques et est désigné par le nom de procédé
PUREX (acronyme pour Plutonium Uranium Recovery by Extraction).
Refroidissement en piscine
La première étape est un stockage en piscine sous quelques mètres d’eau pendant
plusieurs mois pour assurer le refroidissement et la désintégration radioactive des
espèces à courte durée de vie.
Extraction liquide/liquide
Le traitement chimique débute par une réaction avec une solution aqueuse d’acide
nitrique à 7 mol·L −1 . L’uranium est solubilisé sous forme d’ion uranyle UO
2+
2 (nombre
d’oxydation +VI) et le plutonium sous forme d’ion Pu
4+ . Ces ions sont ensuite extraits par le tributylphosphate (TBP) dans le dodécane (ou le kérosène, mélange
d’alcanes) : le milieu est alors biphasique, la phase aqueuse contient les produits de
fission indésirables, la phase organique (dodécane ou kérosène) contient les produits fissiles uranium ou plutonium. Les produits de fission indésirables contenus
dans la phase aqueuse sont ensuite conditionnés sous différentes formes en fonction de leur radioactivité. Plusieurs extractions successives sont nécessaires pour
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Retraitement du combustible nucléaire
Nécessité du retraitement
Le fonctionnement d’un réacteur nucléaire résulte d’un équilibre entre teneur en
nucléide fissile, ralentissement des neutrons et absorption des neutrons par des
noyaux. Lors de son fonctionnement, la disparition des noyaux 235
92 U et l’apparition
de nouveaux noyaux aux pouvoirs absorbants différents se traduit donc par une évolution des propriétés du milieu. Il n’est pas possible d’assurer le fonctionnement du
réacteur jusqu’à épuisement de l’uranium fissile, malgré sa faible teneur, dans les
conditions choisies avec le combustible initial.
En effet, plusieurs produits de fission sont des absorbeurs de neutrons qui vont
interrompre la chaîne. il faut donc régulièrement retirer le combustible nucléaire,
éliminer les produits de fission, et conditionner à nouveau l’uranium pour un nouvel
emploi dans les réacteurs.
La tâche est très ardue. En effet, le combustible partiellement consommé est un
système très complexe. C’est un milieu hautement radioactif et donc difficilement
manipulable. Il est composé de nombreux éléments chimiques : bien sûr de l’uranium majoritaire mais aussi du plutonium, d’autres transuraniens et une trentaine
d’éléments plus légers de nombre de masse compris entre 90 et 100 (éléments de
la deuxième ligne du bloc d) et entre 130 et 145 (lanthanides).
L’objectif du retraitement est de séparer les produits toujours fissiles (uranium légèrement enrichi en plutonium) des produits de fission indésirables.
Différentes étapes du retraitement
Le retraitement utilise des procédés chimiques et est désigné par le nom de procédé
PUREX (acronyme pour Plutonium Uranium Recovery by Extraction).
Refroidissement en piscine
La première étape est un stockage en piscine sous quelques mètres d’eau pendant
plusieurs mois pour assurer le refroidissement et la désintégration radioactive des
espèces à courte durée de vie.
Extraction liquide/liquide
Le traitement chimique débute par une réaction avec une solution aqueuse d’acide
nitrique à 7 mol·L −1 . L’uranium est solubilisé sous forme d’ion uranyle UO
2+
2 (nombre
d’oxydation +VI) et le plutonium sous forme d’ion Pu
4+ . Ces ions sont ensuite extraits par le tributylphosphate (TBP) dans le dodécane (ou le kérosène, mélange
d’alcanes) : le milieu est alors biphasique, la phase aqueuse contient les produits de
fission indésirables, la phase organique (dodécane ou kérosène) contient les produits fissiles uranium ou plutonium. Les produits de fission indésirables contenus
dans la phase aqueuse sont ensuite conditionnés sous différentes formes en fonction de leur radioactivité. Plusieurs extractions successives sont nécessaires pour
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