Cuve sous pression du réacteur

Une cuve sous pression de réacteur (RPV en anglais) dans une centrale nucléaire est la cuve sous pression contenant le liquide de refroidissement du réacteur nucléaire, l'enveloppe du cœur et le cœur du réacteur.

Les réacteurs RBMK de l'ère soviétique possèdent leurs différents assemblages combustibles enfermés dans un 8 tubes de 1 cm de diamètre plutôt que d'avoir un même récipient sous pression.

Bien que la plupart des réacteurs de puissance disposent d'une cuve sous pression, ils sont généralement classés en fonction du type de liquide de refroidissement plutôt que de la configuration de la cuve utilisée pour contenir le liquide de refroidissement.

Voici la classification :

• Réacteur à eau légère : Comprend le réacteur à eau pressurisée et le réacteur à eau bouillante. La plupart des réacteurs nucléaires sont de ce type.
• Réacteur modéré au graphite : Comprend le réacteur de Tchernobyl (RBMK), qui présente une configuration de réacteur très inhabituelle par rapport à la grande majorité des centrales nucléaires civiles en Russie et dans le monde.
• Réacteur refroidi au gaz : Comprend le réacteur avancé refroidi au gaz, le surgénérateur refroidi au gaz et le réacteur refroidi au gaz à haute température. Le réacteur britannique Magnox est un exemple de réacteur refroidi au gaz.
• Réacteur à eau lourde pressurisée : utilise de l'eau lourde, ou de l'eau contenant une proportion supérieure à la normale d'isotope d'hydrogène, le deutérium, ou d’une quelconque matière. Le réacteur canadien CANDU est un exemple de réacteur à eau lourde.
• Réacteur refroidi par métal liquide : utilise un métal liquide, tel que le sodium ou un alliage de plomb et de bismuth, pour refroidir le cœur du réacteur.
• Réacteur à sels fondus : des sels, généralement des fluorures de métaux alcalins et de métaux alcalino-terreux, sont utilisés comme fluide de refroidissement. Le fonctionnement est similaire à celui des réacteurs refroidis par des métaux, avec des températures élevées et des pressions faibles, ce qui réduit la pression exercée sur la cuve du réacteur par rapport aux réacteurs refroidis par l'eau ou la vapeur.

Parmi les principales classes de réacteurs à cuve sous pression, le réacteur à eau sous pression est unique en ce sens que la cuve sous pression subit une irradiation neutronique importante (appelée fluence) pendant son fonctionnement et peut s’endommager au fil des son utilisation. En particulier, les récipients sous pression à eau bouillante sont mieux protégés du bombardement de neutrons, donc bien que plus coûteux à fabriquer au départ en raison de leur taille, ils présentent l'avantage de ne pas nécessiter de recuit pour prolonger leur durée de vie.

Le recuit des cuves de réacteurs à eau sous pression pour prolonger leur durée de vie est une technologie complexe et de grande valeur, activement développée par les fournisseurs de services nucléaires (ex: AREVA) et les exploitants de réacteurs à eau sous pression.

Toutes les cuves de réacteur à eau sous pression partagent certaines caractéristiques, quelle que soit leur conception particulière.

Couvercle de cuve

Cette structure est fixée au sommet du corps de la cuve du réacteur. Il contient des pénétrations permettant au mécanisme d'entraînement des barres de contrôle de se fixer aux barres de l'assemblage combustible. La sonde de mesure du niveau du liquide de refroidissement pénètre également dans la cuve par ce couvercle.

Les matériaux utilisés doivent être capables de contenir le cœur du réacteur à des températures et des pressions élevées^[1],[2]. Les matériaux utilisés dans la coque cylindrique des récipients ont évolué au fil du temps, mais ils sont généralement constitués d'acier revêtu de 3 à 10 mm d' acier inoxydable austénitique. Ce revêtement est principalement utilisé dans les endroits qui entrent en contact avec le liquide de refroidissement afin de minimiser la corrosion^[2]. D'autres alliages d'acier courants comprennent comme principaux éléments des alliages de nickel, de manganèse, de molybdène et de silicium^[2]. Les aciers ferritiques NiMoMn faiblement alliés sont aussi intéressants en raison de leur conductivité thermique élevée et de leur faible dilatation thermique, propriétés qui les rendent résistants aux chocs thermiques^[3]. Toutefois, lorsque l’on considère les propriétés de ces aciers, il faut prendre en compte la réponse qu’ils auront aux dommages causés par les radiations. En raison des conditions difficiles, le matériau de la coque du cylindre RPV est souvent le composant limitant la durée de vie d'un réacteur nucléaire^[1]. Comprendre les effets des rayonnements sur la microstructure, en plus des propriétés physiques et mécaniques, permettra aux scientifiques de concevoir des alliages plus résistants aux dommages causés par les rayonnements.

En 2018, Rosatom a annoncé avoir développé une technique de recuit thermique pour les RPV qui améliore les dommages causés par les radiations et prolonge la durée de vie de 15 à 30 ans. Cela a été démontré sur l'unité 1 de la centrale nucléaire de Balakovo^[4].

En raison des exigences extrêmes nécessaires à la construction des cuves de réacteur et du marché limité, il n'existe qu'une poignée de fabricants dans le monde, notamment^[5] :

• Les premières industries lourdes de Chine^[6], Erzhong Group, Harbin Electric et Shanghai Electric .
• Framatome français^[7] (ex- Areva )^[8]
• La filiale du conglomérat indien Larsen & Toubro, L&T Special Steels and Heavy Forgings Limited, en partenariat avec le Bhabha Atomic Research Centre et NPCIL^{[9],[5],[10],[11],[12]}
• Japan Steel Works et IHI Corporation (en coentreprise avec Toshiba, anciennement)^[13],[14]
• Les sociétés russes United Heavy Machinery (OMZ-Izhora), ZiO-Podolsk et AEM-Atommash Volgodonsk .
• Le groupe sud-coréen Doosan .
• Royaume-Uni : Rolls-Royce plc produit des réacteurs pour les sous-marins de la Royal Navy.

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