Une centrale nucléaire est un établissement industriel qui produit de l'électricité en exploitant l'énergie nucléaire, qui est libérée sous forme d'énergie thermique lors d'une réaction en chaîne de fission nucléaire dans une cuve de réacteur. Beaucoup de gens ne savent pas comment fonctionne une centrale nucléaire.
Pour cette raison, nous allons vous expliquer en détail comment fonctionne une centrale nucléaire de l'intérieur.
Principaux éléments de la centrale nucléaire
Le réacteur nucléaire est l'élément principal d'une centrale électrique, car il contient du combustible nucléaire (généralement de l'uranium) et est équipé de systèmes permettant le démarrage, le maintien et l'arrêt contrôlé de la réaction nucléaire. Le fonctionnement d’une centrale nucléaire est similaire à celui d’une centrale thermique traditionnelle, dans laquelle l’énergie thermique est générée par la combustion de combustibles fossiles. En revanche, un réacteur nucléaire obtient de l’énergie thermique à partir de réactions en chaîne de fission nucléaire qui se produisent au sein des atomes d’uranium présents dans le combustible nucléaire.
L'énergie thermique générée est utilisée pour chauffer l'eau jusqu'à ce qu'elle atteigne le point de vaporisation, se transformant en vapeur à haute pression et température. Cette vapeur Il entraîne une turbine reliée à un générateur, qui convertit l'énergie mécanique produite par la rotation de la turbine en énergie électrique.
Bien qu'il existe plusieurs types de réacteurs nucléaires, deux modèles spécifiques se distinguent et représentent ensemble plus de 80 % des près de 450 unités opérationnelles dans le monde : le réacteur à eau sous pression (REP) et le réacteur à eau sous pression (REB).
Exploitation d'un réacteur à eau sous pression (REP)
Il est essentiel de noter que lors de la fission nucléaire, les noyaux des atomes lourds, frappés par des neutrons, se désintègrent en noyaux plus petits et plus légers. Ce processus libère l'énergie qui lie les protons et les neutrons et entraîne l'émission de deux ou trois neutrons. Ces neutrons émis Ils sont capables d’induire des fissions supplémentaires en interagissant avec d’autres noyaux lourds, qui à leur tour libéreront davantage de neutrons, perpétuant ainsi le cycle. Cet effet en cascade est connu sous le nom de réaction en chaîne de fission nucléaire.
L’exploitation d’une centrale nucléaire peut se résumer aux phases suivantes :
- Dans le réacteur nucléaire, L'uranium subit une fission qui génère une quantité importante d'énergie qui chauffe l'eau de refroidissement à haute pression circulant dans le système. Cette eau chauffée est ensuite transportée à travers le circuit primaire jusqu'à un échangeur de chaleur, appelé générateur de vapeur, où elle facilite la production de vapeur d'eau.
- L'ensemble turbine-générateur reçoit la vapeur par un circuit secondaire. À son arrivée, la vapeur fait tourner les aubes de la turbine. Cette rotation de l'arbre de la turbine entraîne ensuite l'alternateur, convertissant l'énergie mécanique en électricité.
- Une fois que la vapeur d'eau a traversé la turbine, elle va vers un condenseur, où elle se refroidit et se transforme à nouveau en eau liquide.
- L'eau est ensuite renvoyée vers le générateur de vapeur pour générer à nouveau de la vapeur, fonctionnant en boucle fermée.
Composants clés d'une centrale nucléaire
Nous avons dit précédemment qu'un réacteur nucléaire est une installation conçue pour initier, entretenir et terminer des réactions de fission en chaîne de manière contrôlée, équipée des mécanismes nécessaires pour extraire la chaleur produite. Le réacteur est l’élément principal d’une centrale électrique et sert de lieu de stockage du combustible nucléaire.
Les principaux éléments d’une centrale nucléaire sont :
- Carburant: C'est le matériau dans lequel se produisent les réactions de fission, qui utilisent généralement du dioxyde d'uranium enrichi. Cette substance a une double fonction : elle agit comme source d’énergie et comme fournisseur de neutrons nécessaires au maintien de la réaction en chaîne. Il est fourni sous forme solide, constitué de comprimés cylindriques enveloppés dans des barres métalliques d'environ quatre mètres de long.
- Modérateur: Substance qui réduit la vitesse des neutrons rapides produits lors de la fission, facilitant ainsi des fissions supplémentaires et maintenant la réaction en chaîne.
- Réfrigérant : C’est la même eau qui agit comme modérateur et est utilisée pour éliminer la chaleur produite par la réaction de fission qui se produit dans le combustible à l’uranium.
- Barres de contrôle : Ce sont les composants de contrôle du réacteur et fonctionnent comme des absorbeurs de neutrons. Composés de carbure de bore ou d'indium-cadmium, ces crayons permettent une gestion continue de la population neutronique, assurant la stabilité du réacteur et facilitant son arrêt lorsque cela est nécessaire.
- Blindage: Il sert à empêcher la fuite des rayonnements et des neutrons du réacteur vers l’environnement extérieur. Généralement, des matériaux tels que le béton, l'acier ou le plomb sont utilisés à cette fin.
- Des dispositifs de sécurité: Chaque installation nucléaire est équipée de nombreux systèmes de sécurité destinés à empêcher le rejet de radioactivité dans l'environnement, y compris l'ouvrage de confinement.
- Régulateur de pression: C'est un composant essentiel du circuit de refroidissement primaire. Ce régulateur maintient l'équilibre entre les phases liquide et vapeur dans des conditions de saturation pour gérer efficacement la pression à l'intérieur du réacteur.
- Cuve du réacteur : Il renferme le réacteur nucléaire, où se produit la réaction de fission en chaîne. Le cœur de ce navire est constitué d’éléments combustibles.
- Générateurs de vapeur : Ils fonctionnent comme des échangeurs de chaleur, dans lesquels l'eau de refroidissement du circuit primaire circule à travers des tubes en forme de U inversé et transfère son énergie thermique à l'eau du circuit secondaire, la transformant ainsi en vapeur d'eau.
- Bâtiment de confinement : C'est l'enceinte qui contient le système de refroidissement du réacteur ainsi que plusieurs systèmes auxiliaires et qui agit comme une barrière de protection pendant les opérations normales, empêchant efficacement la fuite de substances polluantes vers l'environnement extérieur. En liaison avec d'autres systèmes de sécurité, il a la responsabilité critique d'empêcher l'éventuel rejet de produits de fission dans l'atmosphère en cas d'accident.
- Turbine: L'installation est conçue pour capter la vapeur d'eau des générateurs de vapeur, convertissant son énergie en énergie mécanique de rotation à travers les pales. Plusieurs sections sont destinées à la détente de la vapeur. L'arbre est solidement fixé à l'arbre de l'alternateur.
- Alternateur: Dispositif qui génère de l'électricité en transformant l'énergie mécanique de rotation de la turbine en énergie électrique moyenne tension et haute intensité.
- Transformateur: Dispositif conçu pour augmenter la tension de l'électricité générée par l'alternateur afin de réduire les pertes lors de son transport vers les points de consommation.
- Eau de refroidissement : L'eau d'une rivière, d'un réservoir ou de la mer sert à condenser la vapeur d'eau à l'intérieur du condenseur. Cette eau peut être renvoyée directement à sa source d'origine, connue sous le nom de boucle ouverte, ou recyclée via une tour de refroidissement dans un système en boucle fermée.
- Tours de refroidissement : Ils facilitent la dissipation d’une partie de la chaleur résiduelle générée lors de la production d’électricité vers l’atmosphère, servant de source de froid. Ce système est utilisé pour refroidir l'eau circulant dans le condenseur, qui fait partie intégrante du circuit de refroidissement auxiliaire de l'installation.
- Condenseur: Un échangeur de chaleur est constitué d'une série de tubes qui facilitent la circulation de l'eau de refroidissement. L'eau vaporisée qui entre dans le condenseur depuis la turbine subit un processus de liquéfaction, passant dans la phase liquide. Ce processus génère un vide qui améliore l'efficacité de fonctionnement de la turbine.
J'espère qu'avec ces informations, vous pourrez en apprendre davantage sur le fonctionnement d'une centrale nucléaire de l'intérieur.