THORIUM

Applications nucléaires

À la différence de l' uranium ou du plutonium, le thorium n'est pas fissile. Cependant, l'atome de thorium 232 peut absorber un neutron thermique, issu par exemple de la fission contrôlée d'un atome d'uranium 235, et donner du thorium 233, lequel, par deux émissions β^— successives, conduit d'abord au protactinium, puis à l'uranium 233 qui est fissile. Pour cette raison, on dit que le thorium est un matériau fertile, et il est possible de l'employer comme combustible nucléaire, associé à un matériau fissile comme l'uranium 235 ou le plutonium 239. Il est d'autant plus intéressant que le rapport de régénération (rapport du nombre d'atomes fissiles formés au nombre d'atomes fissiles consommés) est de 1,25, ce qui est supérieur au rapport du système ²³⁸U-²³⁹Pu (1,03) dans les mêmes conditions d'irradiation aux neutrons thermiques. Cela a permis d'envisager la construction de réacteurs surgénérateurs, utilisant un combustible à base de thorium.

L'emploi du thorium comme combustible a été retardé pendant plusieurs décennies à cause des grandes difficultés rencontrées dans le recyclage du combustible neuf, à base de thorine et de l'uranium 233 contenu dans le combustible usé. Plusieurs réacteurs produisant de l'énergie et plus de vingt-cinq réacteurs expérimentaux de différents types ont fonctionné avec un combustible à base de thorium.

Un combustible composé de thorine et d'oxyde d'uranium est utilisé dans plusieurs réacteurs à eau lourde classiques. Les réacteurs à haute température et refroidis au gaz (en général l'hélium) visent à l'emploi d'un combustible composé de microsphères (diamètre de 500 μm) d'oxyde ou de carbure d'uranium et de thorium enrobées dans différentes couches protectrices de graphite et de carbure de silicium (diamètre final d'environ 1 mm), noyées dans une matrice de graphite.

Une application possible du thorium dans un combustible liquide est la conception de réacteurs surgénérateurs opérant avec des sels fondus. Ce sont des réacteurs à deux zones de modération formées par des tubes de graphite modérateur, dans lesquels circule un seul fluide. Ce fluide contenant les matériaux fissile et fertile (mélange de tétrafluorures d'uranium, de thorium, de lithium et de béryllium) diverge dans le centre du réacteur et régénère sa matière fissile dans une zone annulaire située en périphérie. Ce type de réacteur offre de nombreux avantages. Le fluide caloporteur est le combustible lui-même. Du fait de l'absence de gainage, il est aisé à fabriquer et il est facile de le purifier partiellement, sans arrêter le réacteur. L'absence de pression du fluide combustible, son inertie chimique vis-à-vis de l'air et de l'eau, le faible excès de réactivité du cœur garantissent la sûreté de fonctionnement.

De nombreuses études ont montré que l'usage des combustibles à base de thorium peut servir à la destruction des armes nucléaires et à la réduction des déchets transuraniens (plutonium et actinides mineurs). De plus, l'emploi du thorium permet une utilisation plus efficace des réserves d'uranium, et retarde ainsi l'épuisement des réserves de minerais à bas prix de revient. Le thorium sera de plus en plus employé dans les réacteurs de type classique à eau lourde, ou à haute température. Les réacteurs surgénérateurs à sels fondus, ou les simples convertisseurs, qui seront les plus économiques pour les petites puissances, ne seront pas opérationnels avant les années 2010 environ. Ils seront alors complémentaires, par le cycle ²³²Th-²³³U, des réacteurs rapides utilisant le cycle ²³⁸U-²³⁹Pu.