Thorium - Définition

Industrie nucléaire

Isotope fertile

Le Thorium, ainsi que l'uranium et le plutonium, peut être utilisé comme combustible dans un réacteur nucléaire. Bien qu'il ne soit pas fissible lui-même, ²³² Th est un isotope fertile comme l'uranium-238. En réacteur, il absorbe un neutron thermique pour produire un atome d'uranium-233, qui est fissible.

Le ²³²Th absorbe un neutron pour devenir ²³³Th qui, en principe, émet un électron et un antineutrino () par radioactivité β- pour se transformer en protactinium-233 (²³³Pa), lequel émet encore électron et anti-neutrinos par une deuxième radioactivité β- pour se transformer en uranium-233(²³³U):

Le combustible irradié peut ensuite être déchargé du réacteur, l'Uranium-233 séparé du thorium (ce qui est un processus relativement simple puisqu'il s'agit d'une séparation chimique et non d'une séparation isotopique), et réinjecté dans un autre réacteur dans le cadre d'un cycle du combustible nucléaire fermé.

Cycle du thorium

En tant que produit fissile, ²³³U présente de meilleures propriétés que les deux autres isotopes fissiles utilisés dans l'industrie nucléaire, l'uranium-235 et le plutonium-239. Avec des neutrons lents, il fissionne en donnant plus de neutrons par neutron absorbé (en revanche, dans les réacteurs à neutrons rapides, le rendement neutronique du plutonium-239 augmente considérablement, dépassant celui du thorium). À partir de matières fissibles (U-235 ou Pu-239), il est possible de l'utiliser dans un cycle surgénérateur plus efficace que celui actuellement possible avec le plutonium ou l'uranium.

Les problèmes d'un tel cycle sont :

• le coût élevé de fabrication du combustible, nécessitant un cycle externe avec une source de neutrons pour créer l'²³³U (réacteur hybride ou ADS "Accelerator driven system" ) ;
• des problèmes similaires sur le recyclage, en raison du thorium hautement radioactif ²²⁸Th (qui n'est pas transformé en U-233 et s'accumule au fil des cycles) ;
• un certain caractère proliférant de ²³³U (ce qui est le cas de toutes les matières fissibles) ;
• des problèmes techniques dans le retraitement non encore résolus de façon satisfaisante.

D'importants travaux de développement seront encore nécessaires avant que le cycle du combustible thorium ne puisse être exploité commercialement et cet investissement ne semble pas attractif tant que l'uranium est disponible en abondance.

Néanmoins, le cycle du combustible nucléaire à base de thorium bénéficie de solides atouts à long terme et est donc un facteur clé dans l'énergie nucléaire durable :

• il présente l'avantage de ne pas nécessiter de réacteur à neutrons rapides pour faire de la surgénération ;
• le cycle du combustible ne crée que peu de plutonium et d'actinides mineurs et génère par conséquent des déchets radioactifs beaucoup plus faciles à gérer ;
• la contamination de la matière fissile ²³³U par des traces de ²³²U, émetteur de rayonnement gamma très énergétique, rend celle-ci beaucoup plus facilement détectable, ce qui facilite le contrôle de la non-prolifération nucléaire ;
• le thorium est beaucoup plus abondant que l'uranium.

L'un des premiers essais du cycle du thorium a eu lieu à Oak Ridge dans les années 1960. Un réacteur à sel fondu expérimental a été construit pour étudier la faisabilité d'une telle approche en utilisant un sel de fluorure de thorium suffisamment chaud pour être liquide, ce qui éliminait le besoin de fabriquer des éléments combustibles. L'expérience utilisait du Thorium-232 comme élément fertile et de l'uranium-233 comme combustible fissile. Le programme a été interrompu en 1976 faute de crédits.

Contrôle des matières nucléaires

Le thorium est une matière nucléaire dont la détention est réglementée (Article R1333-1 du code de la défense).