Un maximum de 12 % de plutonium dans le Mox
Au cours
de l'irradiation d'un combustible classique à l'oxyde d'uranium, il se
crée, on l'a déjà mentionné, du plutonium sous
différents isotopes. En réalité, la proportion de
plutonium 239 se stabilise globalement dans l'ensemble du coeur. En effet, le
taux de transformation de l'uranium 238 en plutonium 239 équilibre la
disparition de celui-ci par fission. En revanche, apparaissent au fur et
à mesure du fonctionnement du réacteur et de plus en plus, les
isotopes Pu 240, Pu 241 et Pu 242. Comme on l'a vu plus haut, la part des
isotopes pairs est d'autant plus importante que l'irradiation du combustible
est plus élevée.
Or les propriétés neutroniques des différents isotopes du
plutonium diffèrent de celles de l'uranium. Elles diffèrent
également les unes des autres. En particulier, les isotopes pairs du
plutonium empoisonnent la réaction de fission dans les réacteurs
à eau pressurisée. On considère qu'une réaction en
chaîne peut avoir lieu pour un nombre de neutrons émis par neutron
absorbé supérieur ou égal à 1,3. Les isotopes pairs
du plutonium - Pu 238, Pu 240 et Pu 242- avec des valeurs très
inférieures en spectre thermique, sont donc des poisons de la
réaction en chaîne.
Sur un plan général, la fission d'un noyau d'uranium 235 produit
deux fragments qui réémettent deux à trois neutrons de
haute énergie (environ 2 MeV). Dans un réacteur à eau
pressurisée, ces neutrons perdent rapidement leur énergie
à la suite de chocs contre les noyaux d'hydrogène de l'eau. En
tout état de cause, cela est nécessaire à un bon entretien
de la réaction en chaîne.
Si la fission de l'uranium 235 se produit sous l'action des neutrons de tout
type d'énergie, la probabilité de fission est plus importante
lorsque le neutron incident est faiblement énergétique.
Grâce à l'eau, les neutrons sont ralentis par chocs
élastiques. Leur énergie diminue jusqu'à atteindre un
niveau, inférieur à 0,5 eV, où la probabilité
d'absorption par le noyau et donc de fission est plus importante.
La présence de plutonium dans le combustible Mox modifie la situation.
Les isotopes 239 et 241 du plutonium présentent une résonance
d'absorption pour des valeurs d'énergie voisines de 0,5 eV. Ceci veut
dire que l'absorption de neutrons peut être multipliée par 10 ou
100. En conséquence, les neutrons susceptibles de voir diminuer leur
énergie jusqu'au niveau optimal sont moins nombreux. Le spectre est dit
durci. Il y a moins de neutrons de basse énergie et plus de neutrons
d'énergies intermédiaires, dits épithermiques. Les poisons
de contrôle - le bore dans les réacteurs à eau
pressurisée - sont moins efficaces. Les grappes de commande le sont
également.
Par ailleurs, le plutonium produit moins de neutrons retardés que
l'uranium 235. On constate donc que le coeur est plus nerveux.
Pour toutes ces raisons, une limite à la teneur en plutonium du
combustible Mox doit être fixée. Pour ce faire et pour chaque
concept de coeur envisagé, des calculs complexes doivent être
réalisés en examinant les conséquences des
différents incidents et accidents potentiels de fonctionnement du
réacteur. Pour simplifier, les résultats de ces calculs montrent
que le pourcentage maximal admissible de plutonium par rapport à
l'uranium est d'environ 12 %.