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Une « feuille de route » vers un combustible du futur : EACL poursuit ses recherches sur les combustibles à base de thorine

Au cours des dernières années, l’intérêt envers le thorium (Th) comme combustible de substitution à l'uranium s’est accru. Les combustibles à base de thorine (c.-a-d. le dioxyde de thorium, ThO2) ne sont pas nouveaux à EACL. En fait, à titre de principal laboratoire de science et de technologie nucléaires du Canada, EACL fait des travaux de recherche et développement sur cette matière depuis des décennies.

Le thorium est abondant et les réserves connues de thorium dépassent de loin celles de l'uranium.

Cette matière est sûre. Contrairement à l'uranium, le thorium ne contient pas d’élément fissile, mais il est « fertile » — il produit du 233U sous irradiation par des neutrons, ce qui le rend convenable comme combustible. Il est sécuritaire. Les combustibles à base de céramiques d’oxyde de thorium ont plusieurs avantages sur les combustibles classiques à base d’UO2, y compris une conductivité thermique plus élevée, ce qui entraîne de plus faibles températures de fonctionnement du combustible. Et, contrairement à l’UO2, le ThO2 est chimiquement stable : il ne s'oxyde pas lorsqu'il est exposé à l'eau, à l’air ou à la vapeur à haute température.

Ces différences se traduisent par des améliorations importantes de performance du combustible dans des conditions normales de fonctionnement et dans des scénarios d'accidents hypothétiques. Pour ces raisons et bien d'autres, les combustibles à base d’oxyde de thorium ne sont pas seulement d'intérêt pour les exploitants des réacteurs CANDU®, mais également pour d'autres types de réacteurs tels que les réacteurs à eau supercritique.

Bien qu’EACL ait mené des recherches sur les combustibles de thorine depuis de nombreuses années, notre compréhension fondamentale présente encore des lacunes, en particulier en ce qui concerne les combustibles à base de thorine à laquelle on a ajouté des composants fissiles tels que l'uranium ou le plutonium. Les activités requises pour combler ces lacunes, tels que les essais d'irradiation et les examens post-irradiation, exigent beaucoup de temps et, par conséquent, il est important d'identifier et de combler les lacunes en temps opportun, alors que le temps approche où les combustibles à base de thorine seront utilisés dans des réacteurs nucléaires commerciaux.

Comme l'oxyde de thorium ne comporte pas de composant initial fissile, dans un réacteur, il doit être accompagné d'un composant fissile tel que le 235U ou le plutonium 239 pour commencer la génération de 233U fissile. Cela peut être réalisé de diverses manières. L’une d’entre elles consiste à placer certains des éléments de combustible dans une grappe contenant de la « thorine naturelle » (du ThO2 pur) et d'autres éléments contenant de l’UO2 légèrement enrichi en 235U. Une autre méthode consiste à mélanger du 235U ou du plutonium (principalement du 239Pu) avec la thorine, ce qui produit les combustibles (Th, U)O2 ou (Th, Pu)O2. L’ajout d’UO2 ou de PuO2 au ThO2 modifie les propriétés des matériaux du combustible à base de thorine et, potentiellement, le comportement du combustible — c'est un aspect qu’étudie EACL. Ceci est particulièrement intéressant lorsque la quantité du composant fissile ajoutée est relativement importante (comme dans la conception du combustible du réacteur à eau supercritique canadien (RESC).

Pour identifier et combler les lacunes de la science et de la technologie liées au combustible à l'oxyde de thorium, le secteur Élaboration du combustible d'EACL a lancé le projet pluriannuel « Feuille de route vers la thorine ». La première phase, qui a débuté en 2011, consiste à déterminer quelle compréhension fondamentale est nécessaire pour soutenir les cycles de combustible de thorine et des conceptions pour divers types de réacteurs. La deuxième phase (lancée en 2013) consistera à déterminer l'état des connaissances actuelles au sein d’AECL et à l’extérieur afin de déterminer quelles sont les « lacunes » entre nos besoins futurs envisagés et la base de connaissances existante. La troisième phase (2014-2015) visera à élaborer une feuille de route, soit un plan pour combler les lacunes touchant la science et la technologie du combustible de thorine, tandis que la quatrième phase consistera à exécuter ce plan.

Le projet Feuille de route vers la thorine fera appel à des collaborations avec les universités et les organisations internationales, travaillant de concert avec le personnel de diverses disciplines à EACL. De tels projets font partie du mandat d'EACL à titre d’organisation nationale de la science et de la technologie nucléaires qui offre des avantages pour le Canada et le monde. Cette initiative aidera le Canada et le monde en assurant la disponibilité d’une source d'énergie nucléaire sûre, fiable et sécurisée pour les générations futures.