Les scientifiques aident à améliorer l’analyse avancée des réacteurs nucléaires

L’énergie nucléaire est une source importante d’électricité stable et neutre en carbone, et les réacteurs avancés peuvent en ajouter davantage au réseau américain, ce qui est vital pour l’environnement et l’économie.

Pendant des décennies, Sandia National Laboratories a soutenu la Commission de réglementation nucléaire dans son rôle de réglementation et d’autorisation des réacteurs nucléaires. Avec de nombreuses conceptions avancées de réacteurs nucléaires en cours de développement pour une licence potentielle, ce soutien est plus important que jamais, a déclaré Kyle Clavier, ingénieur en géosciences chez Sandia.

L’une des plus récentes aides de Sandia pour les efforts d’autorisation du CNRC est une méthode de dépistage normalisée pour déterminer les isotopes radioactifs les plus importants qui pourraient quitter un site de réacteur avancé dans le cas peu probable d’un accident. L’équipe de Sandia l’a récemment appliqué à une conception conceptuelle d’un réacteur à caloduc et a partagé les résultats avec le CNRC et une plus grande communauté scientifique.

Les isotopes radioactifs sont des formes instables d’éléments qui libèrent de l’énergie sous diverses formes de rayonnement potentiellement nocif dans le cadre du processus de transformation en isotopes plus stables. Par exemple, le radon-222 naturel est un produit de la désintégration de l’uranium et se désintègre à son tour en polonium-218, libérant un rayonnement alpha. Ce processus de décomposition est particulièrement nocif s’il se produit dans les poumons de quelqu’un, c’est pourquoi l’EPA exhorte les propriétaires à tester l’accumulation de radon dans leurs maisons.

“Nous assistons actuellement à une renaissance nucléaire, où de nombreux nouveaux modèles de réacteurs sortent qui promettent d’avoir plus de caractéristiques de sécurité passive, d’être plus modulaires et d’avoir d’autres avantages par rapport aux réacteurs nucléaires conventionnels”, a déclaré Clavier, qui a travaillé sur la méthode et l’appliquer à un exemple de conception de réacteur. “Nous nous efforçons de fournir à la NRC les outils dont elle a besoin pour s’assurer que lorsque ces nouveaux réacteurs avancés seront autorisés, la NRC pourra quantifier avec précision les risques potentiels et ainsi garantir que les réacteurs sont sûrs pour l’exploitation.”

Un réacteur à caloduc est une conception avancée qui utilise une substance telle qu’un gaz inerte ou un métal liquide pour refroidir le cœur. Cela signifie que le réacteur pourrait potentiellement avoir besoin de beaucoup moins d’eau que les réacteurs à eau légère, qui utilisent de l’eau normale pour refroidir le combustible nucléaire et produire de la vapeur pour produire de l’électricité, a déclaré Dan Clayton, un ingénieur nucléaire de Sandia également fortement impliqué dans le projet. Les réacteurs à eau légère sont le type le plus courant de conception de centrale nucléaire.

De plus, le fluide dans les caloducs n’a pas besoin de pièces mobiles, telles que des vannes ou des pompes, pour réguler la température du cœur, ce qui signifie qu’ils n’ont pas besoin d’électricité pour assurer la sécurité du réacteur.

Vanner la liste

La méthode de dépistage de l’équipe commence par un inventaire de potentiellement des milliers d’isotopes radioactifs produits par un réacteur nucléaire et les trie pour déterminer les isotopes radioactifs qui présentent le plus de risques pour l’homme et l’environnement dans le cas peu probable d’un accident.

Dans l’exemple d’un réacteur à caloduc, ils ont commencé avec la liste préliminaire du Laboratoire national d’Oak Ridge de plus de 1 200 isotopes radioactifs qui devraient être générés par ce type de réacteur. Tout d’abord, ils ont éliminé les isotopes qui se désintègrent très rapidement, a déclaré Clavier.

Par exemple, le rhodium-106, une forme de l’élément rhodium avec 45 protons et 61 neutrons, a une demi-vie de 29,9 secondes. Cela signifie qu’après 30 secondes, la moitié de la quantité initiale de rhodium-106 sera devenue du palladium-106 – un élément métallique stable avec 46 protons et 60 neutrons – libérant un rayonnement bêta. Au bout d’une minute, il ne restera plus qu’un quart de la quantité initiale de rhodium-106. Même si un accident devait se produire rapidement, il resterait très peu de rhodium-106 pour affecter les personnes ou l’environnement.

Ensuite, l’équipe a réduit la liste en supprimant les isotopes très rares, en particulier les isotopes qui représentaient moins de 0,0001 % de la radioactivité totale de l’inventaire.

“L’une des raisons derrière cette méthode de dépistage est d’identifier les isotopes qui sont réellement importants parce que nous avons des ressources limitées”, a déclaré Clayton. « Nous voulons pouvoir nous concentrer sur les nouveaux isotopes radioactifs qui pourraient devoir être étudiés plus avant pour garantir que le CNRC puisse examiner de manière appropriée et efficace les demandes de sécurité. En éliminant les isotopes rares, nous pouvons réduire le coût et le temps nécessaires pour les évaluer. de nouveaux réacteurs sans compromettre la sécurité.”

Ces deux premières méthodes de dépistage ont été sélectionnées pour être similaires à celles utilisées dans les années 1970 et 1980 pour déterminer les isotopes radioactifs d’intérêt pour les réacteurs à eau légère, a déclaré Clavier. À l’aide de ces deux projections, l’équipe a produit une liste ciblée de 110 isotopes radioactifs pour une étude plus approfondie.

Quantifier les impacts sur la santé

L’équipe a ensuite pris une quantité définie de chacun des isotopes radioactifs et a déterminé les doses de rayonnement résultantes en utilisant les valeurs d’un rapport de l’Agence de protection de l’environnement. La dose est une représentation numérique des effets sur la santé de l’exposition à cet isotope radioactif, a déclaré Clavier. Plus précisément, ils ont pu utiliser des codes informatiques avancés comme Maccs pour calculer le transport des isotopes radioactifs dans l’environnement et le danger posé par les isotopes d’intérêt sur la moelle osseuse et les poumons, deux organes qui donnent une bonne image de la santé globale. effets de l’exposition aux rayonnements.

En combinant ces valeurs de dose à partir d’une quantité définie d’isotope radioactif avec la proportion de cet isotope présent dans l’inventaire du réacteur à caloduc, ils ont pu calculer les impacts à court et à long terme sur la santé des isotopes radioactifs étudiés. Ensuite, ils ont comparé ces valeurs de dose avec des doses équivalentes d’iode-131 et de césium-137.

L’iode-131 est l’isotope radioactif qui pose le plus de risques à court terme en cas d’accident dans les réacteurs nucléaires conventionnels. C’est pourquoi des comprimés d’iodure de potassium, qui bloquent l’absorption d’iode radioactif par l’organisme, sont distribués près des centrales nucléaires américaines au cas où. Le césium-137 est l’isotope qui fournit une bonne représentation du risque à long terme d’un accident dans un réacteur nucléaire conventionnel, a déclaré Clavier.

Ils ont trouvé plus d’une douzaine d’isotopes radioactifs présents dans l’inventaire du réacteur à caloduc qui pourraient poser des risques pour la santé à court terme comparables à ceux de l’iode-131. Quatre isotopes radioactifs présents dans l’inventaire du réacteur à caloduc pourraient poser des risques à long terme pour la santé au même titre que le césium-137.

Bien que cette recherche suggère que ces isotopes pourraient être importants pour l’évaluation des conséquences futures des réacteurs à caloducs, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour affiner l’inventaire des réacteurs à caloducs et déterminer les proportions d’isotopes qui pourraient être libérées lors d’un éventuel accident, a déclaré Clavier.

À l’avenir, les scientifiques de Sandia et du NRC pourront utiliser cette méthode transparente et traçable pour déterminer des listes ciblées d’isotopes radioactifs préoccupants à partir des inventaires d’autres modèles de réacteurs nucléaires avancés, ont déclaré Clavier et Clayton.

“Nous avons trouvé un certain nombre d’isotopes radioactifs, au-delà de ceux que nous considérons déjà pour les réacteurs à eau légère, qui sont importants pour l’analyse des conséquences”, a déclaré Clavier. “Cependant, le but de l’étude était de développer une méthodologie que vous pourriez appliquer à n’importe quelle conception de réacteur, à mesure que les informations sur les inventaires de ces réacteurs deviennent disponibles. Le réacteur à caloduc a été choisi pour démontrer la méthode. C’est excitant de pouvoir d’utiliser notre expertise pour aider les agences de réglementation américaines à préparer l’autorisation de nouveaux réacteurs. »