Synergies between Fission and Fusion Nuclear Energy
Synergies entre l’énergie de fission et de fusion
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Commissariat à l’énergie atomique (France)
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AREVA Nuclear Power
The development of the International Tokamak Experimental Reactor ITER, especially blanket test modules and plasma facing components face similar technology issues as fast neutron fi ssion reactors and high temperature reactors. Indeed, high temperature and fast neutron irradiation call for the development of robust structural materials and extended rules for the mechanical design of both types of nuclear systems. Tritium breeding and management as fusion fuel call for the optimisation of fusion blankets in comparable aspects to fi ssion reactor cores: neutronics, thermal management with diverse coolants, and mechanical design suited to the aimed lifetime and maintenance in service conditions. Furthermore, large Fusion Experimental Reactors such as ITER and successors that will operate large D-T plasma and generate intense neutron fl uxes need to be licensed such as fi ssion reactors with an adapted regulatory process.
Such commonalities in terms of technologies, design goals and methods, as well as safety approach, constitute synergistic aspects of R&D on nuclear fusion and fi ssion systems. Furthermore, they create new opportunities of cooperation and enhancement of education in nuclear physics and engineering. Synergies are expected to further develop as ITER’s next step DEMO design and technology need to be addressed (by 2040).
Enhancing the cross-fertilization of the Euratom Fission and Fusion R&D programmes calls for exchanges of strategic planning, and therefore calls for a more integrated organization of the R&D on fi ssion reactors to make it parallel to that for Fusion in Europe. The implementation of a “Sustainable Nuclear Fission Technology Platform” that is considered in the 7th Framework programme should be a first step in this direction.
Résumé
Les développements d’ITER, et en particulier ceux réalisés pour les modules de test de couverture et les composants face au plasma présentent des similitudes technologiques avec certains composants d’un réacteur à fi ssion rapide et d’un réacteur à haute température. En effet, haute température et irradiation sous fl ux neutronique rapide imposent le développement d’un matériau de structure robuste et des règles de dimensionnement mécanique étendues pour les deux systèmes. La production de tritium et la gestion du combustible d’un réacteur de fusion demandent une optimisation des couvertures tritigènes qui utilise des compétences similaires à celles nécessaires au réacteur de fi ssion : neutronique, optimisation thermique avec plusieurs réfrigérants, conception mécanique prenant en compte la durée de vie et la maintenance. De plus, les futures installations de fusion comme ITER et ses successeurs utiliseront des plasmas D-T qui génèrent un fl ux de neutrons intenses et devront suivre une procédure de “licensing” similaire à celle d’un réacteur de fi ssion.
De telles similitudes en termes de technologie, d’objectifs et méthodes de conception mais aussi d’approche Sûreté constituent des thématiques de synergies de R&D pour la fission et la fusion. De plus, elles créent de nouvelles opportunités de coopération et de développements au niveau de l’enseignement de la physique et de l’ingénierie. De réelles synergies sont attendues concernant DEMO, tant au niveau de la conception que des technologies à développer d’ici 2040.
Accroître les liens du programme Euratom Fission et Fusion demande des échanges en particulier sur la stratégie de planifi cation, et donc une intégration plus importante de la R&D sur les réacteurs de fi ssion afin de la rendre parallèle à celle de la fusion en Europe. L’implémentation de la Plateforme Technologie pour les Réacteurs Nucléaires Durables (“Sustainable Nuclear Fission Technology Platform”) dans le 7e Programme Cadre européen pourrait être un premier pas dans cette direction.
© SFEN 2007