IRESNE

Quelques notions

Un réacteur en cours de construction sur le centre CEA de Cadarache.​​

Le Réacteur de recherche Jules Horowitz (RJH) est en cours de construction sur le centre CEA-Cadarache. Associé aux laboratoires de caractérisations des combustibles irradiés (le LECA à l’IRESNE) et des matériaux irradiés (le LECI à l’ISAS), il constitue un outil indispensable pour étudier le comportement des combustibles et des matériaux en soutien à l’exploitation d’un parc de réacteurs nucléaires. En tant que maître d’ouvrage de la construction et futur exploitant du réacteur, le CEA a d’ores et déjà lancé la mise en place d’un programme de recherche spécifique pour préparer les expérimentations qui seront à mener dans le réacteur. C’est au sein de l’IRESNE que nous développons et préparons les futures expérimentations sur les combustibles, ainsi que la montée en puissance des futures équipes d’exploitation et d’expérimentation dans le réacteur. Nos collègues de l’Institut ISAS situé au CEA-Paris Saclay sont en étroite collaboration avec nos équipes de l’IRESNE, en particulier sur la partie matériaux.

Qu’est-ce que le RJH ?

Le RJH pour « réacteur de recherche Jules Horowitz ».

Le RJH est un réacteur de recherche de la catégorie des Material Test Reactor (MTR), refroidi à l’eau , dont la puissance maximale sera de 100 MWth (mégawatt thermique).
Cet outil permettra aux scientifiques d’irradier sous fort flux de neutron des combustibles et matériaux dans un environnement technologique de pointe de façon « accélérée » par rapport aux dommages subis en centrale de puissance.
La configuration de l’ensemble de l’installation permettra de réaliser, en simultané, plusieurs expérimentations dans un environnement sûr et d’analyser sur place les échantillons irradiés. Les tests ainsi réalisés permettront d’étudier le comportement sous irradiation des matériaux et des combustibles des réacteurs de puissance.

Pourquoi étudier l’irradiation des matériaux et combustibles ?

Des besoins internationaux dans le domaine du nucléaire et de la sûreté du réacteur.

La compréhension du comportement des matériaux plongés dans un milieu hostile et extrême (haute température et pression, forte radioactivité) est nécessaire pour garantir la sûreté du réacteur. En effet, les matériaux et combustibles sont soumis à rude épreuve lorsqu’ils sont plongés dans un réacteur nucléaire :

• Ils subissent des sollicitations thermomécaniques et chimiques.
  
• Ils sont irradiés par les neutrons.
• Et les produits de fission et d’activation, créés par les réactions nucléaires au sein des pastilles du combustible nucléaire, modifient leurs propriétés physicochimiques.
  

Ainsi, la complète compréhension de toutes ces interactions nous permet de maitriser la sûreté d’un réacteur par le développement de matériaux et combustibles innovants adaptés et robustes aux agressions qu’ils subissent par l’irradiation.

A titre d’exemple, il faut assurer l’étanchéité des crayons combustibles afin d’éviter le relâchement de produits de fission radioactifs dans le circuit primaire du réacteur. Pour cela nous étudions le comportement des crayons sous l’effet de l’irradiation afin de déterminer tous les phénomènes intervenants lors de leur passage en réacteur de puissance, et cela pour les conditions normales, incidentelles ou accidentelles.

Le RJH répondra aux besoins des chercheurs du monde entier, en leur offrant la possibilité de réaliser des essais sur des échantillons et de qualifier les composants dans des conditions représentatives de celles rencontrées dans des réacteurs industriels en conditions nominales, incidentelles ou accidentelles.

Qui est Jules Horowitz ?

Jules Horowitz est considéré comme l’un des fondateurs de « l’Ecole française » de neutronique.

Le réacteur de recherche Jules Horowitz a été nommé ainsi par le CEA, en l’honneur du physicien français originaire de Pologne du même nom. Jules Horowitz a longuement contribué à l’avancement des travaux du CEA menés sur la physique nucléaire.
Il participe en tant que directeur du département des piles atomiques à la fabrication de la première pile « Zoé » ; première pile atomique expérimentale française.
Il est, en 1970, le créateur et le premier directeur de « l'institut de recherche fondamentale » du CEA. Jules Horowitz est considéré comme l’un des fondateurs de « l’Ecole française » de neutronique.

Un projet international

Des partenaires du monde entier.

Le projet RJH s’inscrit dans un contexte d’obsolescence croissante de la majeure partie des réacteurs destinés à l’étude des matériaux et combustibles sous irradiation autrement nommés « Material Test Reactor » (MTR). Suite à ce constat, de nombreux échanges ont eu lieu entre les grands acteurs du nucléaire dans le monde, aboutissant à un consortium de partenaires financeurs formé en 2007 pour le projet RJH. Ce partenariat donne au projet RJH le statut d’installation de service européenne ouverte à la collaboration internationale. Les partenaires du projet RJH en échange de leur participation financière auront un droit d’accès garanti au réacteur afin d’y mener leurs propres expériences sur le comportement des matériaux sous irradiation.

Les partenaires du projet sont :

• Nos partenaires industriels français EDF, FRAMATOME, TECHNICATOME et AREVA.^SA.
  
• La Commission européenne.
• Les organismes de recherche des pays suivants : Belgique, République tchèque, Espagne, Finlande, Inde, Israël, Suède, Royaume-Uni et Chine.
  

Ce nouveau réacteur de recherche va ainsi garantir et ce pour plusieurs décennies, la disponibilité des capacités de développement dans le domaine de la fission. Les expériences menées au sein de ce réacteur permettront de poursuivre les améliorations entreprises en termes de sûreté, de maîtrise de durée de vie des réacteurs et d’accroitre notre savoir-faire technologique et donc notre compétitivité sur les réacteurs actuels mais également sur les réacteurs de la 4^e génération.

A titre d’exemple, il faut assurer l’étanchéité des crayons combustibles afin d’éviter le relâchement de produits de fission radioactifs dans le circuit primaire du réacteur. Pour cela nous étudions le comportement des crayons sous l’effet de l’irradiation afin de déterminer tous les phénomènes intervenants lors de leur passage en réacteur de puissance, et cela pour les conditions normales, incidentelles ou accidentelles.

Quel lien avec la médecine ?

Producteur de radio-isotopes pour la médecine nucléaire.

Le réacteur de recherche Jules Horowitz, outre ses fonctions de « recherche », assurera également l’approvisionnement de radio-isotopes (notamment le technétium-99m par la production de molybdène 99) à usage médical. Le parc vieillissant de réacteurs de recherche actuel fournissant ces radio-isotopes médicaux ne pouvant plus faire face à la demande (arrêts imprévus et étendus de certains d’entre eux), le projet RJH a donc pris en compte ce besoin majeur. Le réacteur assurera ainsi la production à hauteur de 25 à 50 % des besoins européens ; subvenant aux besoins de milliers de patients tous les jours.

Les radio-isotopes peuvent être utilisés à des fins de diagnostiques mais également thérapeutiques. On parle actuellement de théranostique. A titre d’exemple, certains radio-isotopes tel que le Technétium-99m, sont utilisés en imagerie médicale comme par exemple la scintigraphie qui est un examen d'imagerie médicale fonctionnelle ayant pour but d’analyser les organes et leur fonctionnement. D’autres comme le Lutétium 177 sont utilisés en radiothérapie interne vectorisée pour soigner certains types de cancers.

Il existe différentes méthodes de production des radio-isotopes. Les réacteurs nucléaires d’irradiation tels que le RJH permettent leur production en grande quantité, avec un coût faible.


Petit rappel :
Lors d’une réaction de fission nucléaire, le combustible (dans ce cas l’uranium 235) est bombardé par des neutrons. Le neutron ainsi absorbé par le noyau fissile permet la libération de plusieurs neutrons qui vont, à leur tour, « casser » d’autres noyaux fissiles. La réaction en chaîne est enclenchée. La fission des noyaux provoque, notamment, l’apparition de produits de fission qui sont « instables ». C’est à dire qu’ils comportent trop de neutrons. Ils cherchent alors à devenir stables. Ils se transforment d’eux même en différents éléments jusqu’à atteindre une forme stable.

C’est dans ces produits de fission que nous retrouvons, à hauteur de 6%, le molybdène 99 (⁹⁹Mo). Une fois cet élément produit, il se désintègre à son tour et se transforme en technétium ⁹⁹m (^99mTc).

La difficulté d’approvisionnement de ces 2 éléments provient de leur période de décroissance radioactive courte. Ils ont ainsi respectivement une demi-vie de 66 heures pour le ⁹⁹Mo et de 6 heures pour le ^99mTc. C’est alors une véritable course contre la montre qui démarre entre la production du radio-isotope dans le réacteur de recherche et l’approvisionnement des hôpitaux.​​

Voir le site internet du RJH.

Découvrez nos recherches sur le RJH.