À travers le pays, des scientifiques et des ingénieurs soucieux de l'environnement dirigent une nouvelle génération de conceptions de réacteurs nucléaires. Ils voient l'énergie nucléaire comme un source d'énergie sans carbone avec l'hydroélectricité, vent, et solaire.

Plusieurs des innovations, les conceptions de réacteurs de nouvelle génération sont plus sûres, plus petite, modulaire, et plus mobiles. Ils peuvent propulser des vols spatiaux, fonctionner au combustible nucléaire recyclé, et même agir comme générateurs portables pour les interventions en cas de catastrophe. Une conception, réacteurs à sels fondus (MSR), prennent de l'ampleur dans la communauté nucléaire.

Mais, avant que l'une de ces nouvelles conceptions de réacteurs ne devienne réalité, ils doivent subir de nombreuses séries de tests de sécurité et de fonctionnement.

La tâche ardue d'amélioration et d'essai des réacteurs est devenue plus facile, grâce à une innovation du Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) qui combine télécommande, des tests en temps réel et une surveillance continue des sous-produits gazeux. Couplé à un progiciel destiné aux exploitants d'usines, le développement jette les bases de la télécommande, surveillance quasi instantanée dans une nouvelle ère de conception des réacteurs.

"Le suivi en temps réel est un outil précieux, notamment dans le développement des réacteurs de nouvelle génération. Cela peut aider les concepteurs à concevoir et à tester plus efficacement des boucles de flux, mécanismes, ou des processus, " dit Amanda Lines, un chimiste du PNNL. "Aussi, lorsqu'ils déploieront finalement leurs systèmes de réacteurs, cela donne aux opérateurs un outil pour mieux comprendre et contrôler ces processus."

Une recette chimique, seulement en arrière

L'iode est l'un des principaux sous-produits gazeux de la production d'énergie nucléaire. qui est produit sous plusieurs formes. Dans les réacteurs à sels fondus à combustible liquide, les composés d'iode seraient surveillés en prélevant des échantillons dans les centrales électriques et en les analysant dans un laboratoire éloigné. Cette méthode est à la fois lente et coûteuse, sans parler des défis de sécurité supplémentaires et de la complexité de l'analyse d'échantillons radioactifs en laboratoire. La surveillance en temps réel n'implique aucune interaction humaine directe avec les échantillons, et offre un moins risqué, alternative plus efficace.

"C'est un vrai changeur de jeu en termes d'étapes à franchir, et le calendrier d'échantillonnage de l'iode et d'autres espèces chimiques, " dit Lines.

Des produits de fission dégagés sont produits dans tous les réacteurs nucléaires. L'iode gazeux est particulièrement préoccupant car il est radiotoxique, peut facilement se vaporiser et, s'il est libéré, devient aéroporté. Le fonctionnement des réacteurs à sels fondus nécessiterait que l'iode soit traité et épuré du système au fur et à mesure qu'il est produit en temps réel. Ceci n'est pas nécessaire dans les réacteurs à eau ordinaire classiques car l'iode est piégé dans les crayons combustibles. Pour activer le nettoyage en temps réel, les exploitants de réacteurs à sels fondus auront besoin d'informations continues sur les niveaux d'iode.

Les processus existants de suivi des niveaux d'iode radioactif sont complexes et coûteux. Il s'agit de déballer le comportement chimique au niveau moléculaire, puisque l'iode peut continuellement se transformer en se liant à d'autres éléments, créer de nouvelles molécules aux propriétés différentes. Ce serait comme faire cuire un gâteau aux épices et ensuite demander à quelqu'un de trouver chaque ingrédient.

Chasse aux empreintes chimiques

L'équipe de recherche s'est concentrée sur le ciblage de deux formes courantes d'iode - le monochlorure d'iode et l'iode élémentaire - et sur la sélection de méthodes pour quantifier chacune. L'objectif était de rechercher les « empreintes digitales » chimiques pour chaque type d'iode produit à l'aide de deux techniques d'analyse chimique courantes :la spectroscopie Raman et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier.

Bien que les lectures de spectroscopie soient utiles aux chercheurs, il était essentiel de convertir ces données en informations utilisables par les opérateurs.

"Nous voulons un résultat facilement compréhensible, surtout pour quelqu'un qui n'a pas passé des années de sa vie à regarder des données de spectrométrie, " dit Lines.

Solutions logicielles pour la surveillance des effluents gazeux

L'équipe a également développé un logiciel qui prend en charge des lectures de lumière spectroscopique à partir de l'existant, une technologie standard et transforme ces données en temps réel, informations utiles pour les exploitants d'installations. Ensuite, l'équipe prévoit de tirer parti de ce qu'elle a appris de ces études et de l'étendre à d'autres gaz dérivés.

"En fin de compte, ce sont des outils qui peuvent aider à étendre les efforts de recherche et de développement, en particulier en termes de conception et d'essai des réacteurs de nouvelle génération. La surveillance en temps réel peut permettre de créer de nouveaux types de réacteurs en résolvant les problèmes en amont, " a déclaré Sam Bryan, un labo et chimiste du PNNL.

Partager le savoir

L'équipe de recherche est basée au Laboratoire de Traitement Radiochimique du PNNL, une installation de recherche nucléaire hors réacteur, et comprend :Amanda Lines, Sam Bryan, Tim J. Johnson, Heather Felmy, Kendall Hughey, Ashley Bradley, Russell Tonkyn, Thomas Blake, Andrew Clifford, Adan Schafer Médina, Richard Cox, et Jennifer Wilson.