Etude et conception d’un réacteur spatial à sels fondus

Cette étude s’inscrit dans le cadre de l’alimentation électrique de forte puissance en milieu spatial. Elle consiste à concevoir système électro générateur s’appuyant sur un réacteur nucléaire à sel fondu pour la génération d’une puissance électrique de l’ordre du MW en milieu spatial puis de le caractériser, en particulier en termes de masse spécifique, et ce afin d’obtenir différentes configurations selon le type de système de conversion, les points de fonctionnements, les fluides de travail et la technologie de la source froide. On peut donc partager le sujet en deux objectifs : la conception du cœur et de son bouclier anti radiations d’une part, celle du système de conversion avec la source froide d’autre part. Pour le premier, on a cherché à identifier les matériaux, justifier d’une géométrie, sur la base d’une étude neutronique. L’idée a été de sélectionner un design de cœur pour le caractériser plus précisément : masse, contre réactions en température, durée de vie critique, extraction de puissance. Le travail sur le bouclier a consisté à en déterminer l’épaisseur et les matériaux afin d’en déduire sa masse, en fonction de la puissance thermique. Pour le second objectif, l’existence d’une température froide optimale du point de vue de la surface rayonnante nécessaire pour le rejet de puissance thermique dans le vide a conduit rechercher par optimisation génétique les caractéristiques d’un système de conversion optimal selon les critères de masse ou surface de la source froide et de puissance électrique délivrée. L’objectif poursuivi était de comparer diverses solutions présentant des maturités technologiques différentes afin de fournir une indication à un choix ultérieur de recherche. Cette étude a permis d’identifier certaines caractéristiques d’un système électro générateur spatial basé sur un réacteur à sels fondus: sel fluorure hautement enrichi dans un cœur en graphite et importance du système de conversion dans le devis de masse. On a proposé en particulier un design de cœur dont on a montré qu’il présente des contre réactions en température négatives, que son système de contrôle de réactivité est cohérent avec un démarrage à froid et qu’il peut être maintenu critique pendant plus de quatre ans en délivrant 5 MW de puissance thermique en continu. Parmi les systèmes de conversions étudiés, les cycles de Rankine conduisent à des sources froides plus légères que les cycles de Brayton grâce à une température de rayonnement supérieure. La différence de masse entre toutes les options est majoritairement due à la source froide ce qui explique que l’utilisation d’un radiateur à gouttelettes (LSDR) permettent de réduire encore la masse, parmi les conversions à cycle de Rankine. Deux études n’ont pas été menées jusqu’à leur terme: la conception du bouclier afin d’en connaître sa masse précise et la vérification de l’extraction de puissance, incompatible en l’état avec le design du cœur proposé et qui requiert donc sa modification.