Galerie d'images :catastrophes de fusion nucléaire Le réacteur 2 est en sommeil au premier plan de la centrale nucléaire de Three Mile Island en Pennsylvanie. Voir plus de photos de catastrophes de fusion nucléaire. John S. Zeedick/Getty Images Le terme « fusion nucléaire » est devenu synonyme des pires scénarios. Cela est vrai, que vous parliez de l'effondrement figuré de votre patron au bureau ou des préoccupations très réelles entourant des événements tels que la catastrophe de la centrale nucléaire de Fukushima Daiichi en 2011.
En effet, car les centrales nucléaires ne peuvent pas produire une détonation nucléaire de type Hiroshima, un effondrement est à peu près aussi grave que possible. De nombreuses fusions nucléaires se sont produites tout au long de l'ère atomique de l'humanité, bien que, heureusement, seuls quatre événements à grande échelle se soient produits dans des usines civiles. Le premier a eu lieu au réacteur suisse de Lucens en 1969. L'accident de Three Mile Island s'est produit une décennie plus tard, suivi de la catastrophe de Tchernobyl en Russie en 1986 et du gâchis de Fukushima Daiichi en 2011.
L'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) classe les événements nucléaires sur une échelle de zéro à sept, allant d'un simple écart sans importance pour la sûreté (niveau 0) à un accident majeur (niveau 7) tel que Tchernobyl dans lequel se produisent des dommages étendus pour la santé et l'environnement. Ce qui crée des villes désertes et des monuments de destruction comme le pied d'éléphant.
Assez intéressant, ni l'AIEA ni la Nuclear Regulatory Commission des États-Unis ne reconnaissent officiellement le terme « fusion nucléaire, " mais les mots continuent de faire peur. Dans cet article, nous expliquerons comment fonctionne un réacteur nucléaire et comment une fusion peut se produire.
Ne vous inquiétez pas trop des équations complexes, parce que toute la situation se résume finalement à la chaleur. Une chaleur correctement contrôlée à l'intérieur d'un réacteur permet de générer de l'électricité. Chaleur incontrôlable, d'autre part, peut faire fondre le réacteur lui-même et contaminer le milieu environnant avec des radiations dangereuses.
Passez maintenant à la page suivante pour découvrir ce qui se passe à l'intérieur d'un réacteur sain.
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Ceci est une vue d'ensemble d'une centrale nucléaire, mais entrez et faites un tour pour voir comment on fonctionne. © 2011 HowStuffWorks.com La chaleur fait toute la différence. C'est la clé pour comprendre comment fonctionne un réacteur nucléaire sain et comment une fusion se produit dans un réacteur compromis.
D'abord, Regardons une centrale électrique au charbon de base :Nous brûlons du charbon pour créer de la chaleur. Cette chaleur fait bouillir l'eau en expansion, vapeur sous pression qui se dirige vers une turbine, qui fait tourner un générateur pour produire cette précieuse étincelle.
Une centrale nucléaire fonctionne de la même manière, seule la chaleur provient d'un réaction de fission induite qui se produit dans le réacteur. Fission fait référence au moment où les atomes d'un matériau se divisent régulièrement en deux, libérant beaucoup d'énergie et une chaleur que nous appelons chaleur de désintégration . Voir, l'uranium et d'autres éléments radioactifs subissent déjà fission spontanée à des rythmes très lents sans aucune aide humaine. Dans une centrale nucléaire, les opérateurs stimulent artificiellement, ou induire, cette réaction de fission en bombardant les barres de combustible remplies d'uranium avec des neutrons provenant de réactions de fission antérieures. Cela signifie plus de chaleur pour faire bouillir de l'eau en vapeur.
Bien sûr, vous ne voulez pas que la température à l'intérieur du réacteur nucléaire augmente trop, de peur qu'ils n'endommagent le réacteur et libèrent des radiations nocives. Donc, le caloporteur (souvent de l'eau) à l'intérieur du cœur du réacteur sert également à modérer la température des crayons de combustible nucléaire.
C'est comme conduire une automobile :vous ne voulez pas faire surchauffer le moteur, car cela pourrait l'endommager. La différence, cependant, est que vous pouvez éteindre un véhicule et laisser son moteur refroidir. Une voiture ne génère de la chaleur que pendant qu'elle roule et peut-être pendant une courte période après.
Les matières radioactives à l'intérieur d'un réacteur nucléaire, cependant, sont une autre histoire. L'uranium et même les outils et pièces rayonnés continueront de générer de la chaleur de désintégration même si les opérateurs de l'usine arrêtent toutes les réactions de fission induites. Ce qu'ils peuvent faire en quelques minutes chrono.
Sur la page suivante, nous irons dans une fusion nucléaire.
Alors que nous discutons de ce qu'est une fusion nucléaire, il est également important de parler de ce qu'une fusion nucléaire n'est pas. Ce n'est pas une explosion nucléaire. Un effondrement ne brûlera pas non plus un trou à travers le centre de la Terre, comme popularisé dans le film catastrophe de 1979 "Le syndrome de la Chine".
Dans une fusion nucléaire, nous sommes confrontés à un réacteur hors de contrôle, au point où il subit des dommages de sa propre chaleur. Typiquement, cela découle d'un perte de liquide de refroidissement accident ( LOCA ). Si la circulation du liquide de refroidissement dans le cœur du réacteur ralentit ou s'arrête complètement, la température monte.
Les premières choses à fondre sont les barres de combustible elles-mêmes. Si le personnel de l'usine peut rétablir la circulation du liquide de refroidissement à ce stade, l'accident est considéré comme un fusion nucléaire partielle . L'incident de Three Mile Island en 1979 entre dans cette catégorie :le cœur du réacteur de la tranche 1 a fondu, mais l'enveloppe protectrice autour du noyau est restée intacte. En réalité, le réacteur de la tranche 2 de la centrale nucléaire de Three Mile Island continue de produire de l'électricité dans l'ombre de son homologue désactivé.
Si elle n'est pas cochée, cependant, une fusion nucléaire partielle peut s'aggraver en un fusion nucléaire totale . De telles situations deviennent une course contre la montre alors que les équipes d'urgence tentent de refroidir les restes du noyau avant qu'ils ne fondent à travers les couches de boîtier de protection et même le bâtiment de confinement lui-même. En 1986, Des équipes russes ont chassé les restes fondus du cœur du réacteur de la centrale nucléaire de Tchernobyl dans le sous-sol de l'installation, l'inondant d'eau pour refroidir les matériaux avant qu'ils ne brûlent à travers le bâtiment de confinement et polluent les eaux souterraines.
En mars 2011, La centrale nucléaire japonaise de Fukushima Daiichi a subi un accident de perte de liquide de refroidissement lorsqu'un puissant tremblement de terre a endommagé les générateurs de secours qui alimentaient les pompes à eau de refroidissement de la centrale. Les événements qui ont suivi illustrent certaines des complications supplémentaires qui peuvent survenir lors d'une fusion nucléaire.
Le rayonnement dans certains des réacteurs surchauffés de Fukushima Daiichi (l'installation en avait six) a commencé à diviser l'eau en oxygène et en hydrogène. Les explosions d'hydrogène qui en ont résulté ont percé les structures de confinement secondaire (ou deuxième niveau de protection) d'au moins trois réacteurs, permettant à encore plus de rayonnement de s'échapper. Une explosion subséquente a secoué une unité si fort qu'elle a endommagé la structure de confinement primaire d'un réacteur.
Alors, comment empêcher une fusion nucléaire de se produire ou de s'aggraver ? Découvrez-le à la page suivante.
Des hélicoptères à fort rayonnement utilisés pour déverser du béton et de l'eau sur le réacteur de Tchernobyl en 1986 se trouvaient dans un champ près du village ukrainien de Rosoha. Daniel Berehulak/Getty Images De nouveau, les fusions nucléaires se résument à la chaleur et au besoin vital d'un système de refroidissement en fonctionnement pour contrôler les conditions. La catastrophe de Fukushima Daiichi nous rappelle que ce système est critique même si toute activité de fission a été arrêtée. L'usine japonaise a automatiquement submergé les crayons de combustible lorsqu'une augmentation de l'activité sismique s'est produite, arrêter efficacement toutes les réactions de fission dans les 10 minutes. Mais ces tiges généraient toujours de la chaleur de désintégration qui nécessitait un système de refroidissement fonctionnel.
C'est aussi pourquoi les déchets hautement radioactifs, comme le combustible nucléaire irradié ou irradié, pose une telle préoccupation. Il faut des dizaines de milliers d'années pour que ces matériaux se désintègrent à des niveaux radioactifs sûrs. Pendant une bonne partie de ce temps, ils auront besoin d'un système de refroidissement ou de mesures de confinement suffisantes. Autrement, ils brûleront tout ce que vous y mettez.
Les anciennes conceptions de centrales nucléaires se sont avérées encore plus sujettes aux effondrements, toutefois. Au moment des accidents respectifs, les centrales électriques de Fukushima Daiichi et de Three Mile Island utilisaient l'eau non seulement comme liquide de refroidissement, mais aussi comme modérateur . Un modérateur diminue la vitesse des neutrons rapides, les rendant plus susceptibles d'entrer en collision avec des composants de combustible fissile et moins susceptibles d'entrer en collision avec des composants de combustible non fissile. En d'autres termes, un modérateur augmente la probabilité qu'une fission se produise dans le réacteur. Lorsque l'eau s'écoule du cœur d'un tel réacteur, donc, la fission s'arrête automatiquement.
Tchernobyl, d'autre part, utilisé du graphite solide comme modérateur. Si le liquide de refroidissement s'écoule, le modérateur reste en retrait. En tant que tel, la perte d'eau dans un réacteur de type Tchernobyl peut en fait augmenter le taux de fission.
Afin d'éviter qu'un accident de perte de liquide de refroidissement ne se transforme en fusion, les exploitants de centrales doivent refroidir le cœur du réacteur. Cela signifie faire passer plus de liquide de refroidissement à travers les barres de combustible en surchauffe. Plus les crayons combustibles sont récents, plus ce temps de recharge sera rapide.
Si une fusion partielle commence à se produire, les tiges seront marasme . Si décoché, les barres d'affaissement vont alors fondre et s'accumuler au fond du cœur du réacteur dans une grosse boue fondue. Ces boues radioactives poseraient un défi de refroidissement encore plus grand. Non seulement il s'agit d'une seule masse (par opposition à plusieurs tiges indépendantes), un côté de celui-ci est plaqué contre le fond du coeur du réacteur, le brûlant régulièrement grâce à la chaleur qu'il produit.
Dans le cas de Tchernobyl, les équipes d'urgence ont pompé des centaines de tonnes d'eau pour refroidir le cœur du réacteur. Prochain, ils ont déversé du bore, argile, dolomie, du plomb et du sable sur le cœur en feu par hélicoptère pour éteindre les incendies et limiter la remontée des particules radioactives dans l'atmosphère. Dans les mois qui suivirent, ils ont enfermé l'usine en ruine dans un blindage en béton souvent appelé sarcophage .
De nouveau, les centrales nucléaires se résument finalement à la production de chaleur, et leur entretien dépend d'une bonne régulation de cette chaleur. Si les systèmes de refroidissement tombent en panne, les conditions peuvent constamment devenir incontrôlables.
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