thumb|upright=1.6|Réacteur de recherche de type TRIGA de General Atomics.

Un réacteur nucléaire de recherche sert principalement de source de neutrons pour la recherche et développement de la filière électronucléaire par l'étude du comportement des matériaux et des combustibles nucléaires face à des sollicitations neutroniques, thermohydrauliques ou chimiques représentatives du fonctionnement en vraie grandeur d'un réacteur industriel. Il peut servir aussi à la formation des personnels de l'industrie électronucléaire, à la médecine nucléaire pour la production de radioisotopes médicaux, ou à l'industrie nucléaire militaire. alt=Vue zénithale de la piscine du réacteur de recherche RA-3 (CNEA, Argentine)|vignette|Vue zénithale du réacteur de recherche de type piscine RA-3 (CNEA, Argentine) Contrairement aux réacteurs de puissance utilisés pour la production d'électricité ou la propulsion nucléaire, le but d'un réacteur de recherche n'est pas de fournir de l'énergie, bien que son principe physique soit fondamentalement le même.

C’est à Enrico Fermi que l'on doit le premier réacteur nucléaire au monde : la Chicago Pile-1 destinée à la recherche en 1942.

Aujourd'hui, plus de 200 réacteurs nucléaires de recherche sont en fonctionnement dans plus de 60 pays, mais seuls une quarantaine ont une puissance significative (supérieure à 5 mégawatts).

Les premiers réacteurs de recherche peuvent être divisés en cinq familles distinctes utilisant la fission nucléaire. : les réacteurs à faisceaux de neutrons ; les réacteurs d'irradiation et d'expérimentation en cœur ; les maquettes critiques ; les réacteurs d'études et essais de sûreté ; les réacteurs d'enseignement.

Ensuite, des réacteurs de recherche basés sur la fusion nucléaire utilisent des plasmas très chauds pour étudier les réactions de fusion, d'abord sans produire d’électricité. Ils servent surtout à comprendre le comportement du plasma, tester des matériaux soumis à des flux intenses de neutrons et préparer la conception des futurs réacteurs de fusion industriels.

Types de réacteurs par application

Réacteurs à faisceaux de neutrons

Les réacteurs dits « à faisceaux de neutrons » sont destinés principalement à la recherche fondamentale sur les matériaux. Les neutrons (essentiellement des neutrons thermiques) sont sortis du cœur du réacteur et sont utilisés à l'extérieur pour faire des analyses par diffraction de neutrons ou bien par diffusion.

Quelques exemples de réacteurs de recherche de ce type : RHF à l'Institut Laue-Langevin (ILL) (France) ; Orphée (France), arrêté en 2019 ; HFIR (États-Unis) ; MURR (États-Unis) ; BER II (Allemagne), arrêté en 2019 ; JRR-3M (Japon).

Réacteurs d'irradiation

Les réacteurs d'irradiation sont des réacteurs destinés à l'étude et au test de matériaux qui entreront dans la composition de composants de réacteurs ou de combustibles nucléaires. L'acronyme anglais utilisé pour désigner ce type de réacteurs est MTR (Material Test Reactor)

Quelques exemples de réacteurs d'irradiation : OSIRIS (France), arrêté définitivement fin 2015 ; HBWR (Halden, Norvège), arrêté définitivement en 2018 ; HANARO (Corée du Sud), démarré en 1995 ; JMTR (Japon) ; RJH (France), mise en service prévue entre 2032 et 2034

Maquettes critiques Les maquettes critiques sont des réacteurs de très faible puissance thermique et de faibles flux neutroniques, destinés à la qualification expérimentale de données théoriques ou de calculs en neutronique et en physique des cœurs..

Quelques réacteurs maquette : Masurca (France) ; Éole (France) ; Minerve (France) ; Isis (France) ; BR-1 (Belgique).

Réacteurs d'études des accidents graves

Ils sont destinés à l'étude d'accidents par la mise en œuvre de situations accidentelles volontaires (augmentations contrôlées de pression, de température, perte de réfrigérant, etc.)

Exemples de réacteurs de ce type : Phébus (France), arrêté depuis 2009 ; Cabri (France).

Réacteurs d'enseignement

Les réacteurs qualifiés de réacteurs d'enseignement sont de petits réacteurs représentant de réels réacteurs de puissance mais à échelle réduite. Ils sont utilisés dans le cadre de la formation continue ou de l’enseignement universitaire.

Exemples de réacteurs d'enseignement : Ulysse (France) ; Minerve (France) ; Isis (France) ; Azur (France).

Types de réacteurs par fonctionnement

Les réacteurs à eau lourde

Les réacteurs à eau lourde permettent d’obtenir des flux de neutrons thermiques importants sortis du réacteur sous forme de faisceaux. Ils sont utilisés principalement en recherche fondamentale et pour la production de plutonium militaire.

Les réacteurs à eau légère

Les réacteurs à eau légère plus adaptés aux tests de matériaux. On peut distinguer deux sous-catégories : les réacteurs "piscine", refroidis et modérés à l’eau, généralement polyvalents et très simples d’accès et d’utilisation, les réacteurs à eau sous pression, pouvant fonctionner à des puissances supérieures à celles des réacteurs "piscine", dont l’utilisation expérimentale est plus délicate du fait de la présence du caisson contenant le cœur du réacteur.

Réacteurs de recherche dans le monde

Pays localisation réacteur année de mise en service puissance (MW) Type de réacteur Type de combustible et enrichissement Flux neutrons thermiques () Flux neutrons rapides () recherche irradiations isotopes Pelindaba Safari 1965 20 Caisson eau légère plaques 93 % X X X Aïn Oussara Essalam 1993 15 Caisson eau lourde Draria Nour 1998 1 Caisson eau légère Geesthacht FRG-1 1958 5 Piscine eau légère Plaques 20 % X X Jülich FRJ-2 1962 23 Caisson eau lourde Tubes 93 % X X X Berlin BER-II 1973 10 Piscine eau légère Plaques 93 % X Ezeiza RA-3 1968 3 Piscine eau légère Plaques 90 % X X Lucas Height 1958 10 Caisson eau légère Tubes 60 % X X Seibersdorf Astra 1960 10 Piscine eau légère Plaques 20 % X X Mol BR-2 1961 100 Caisson eau légère Tubes 93 % X X X Sao Paulo IEA-R1 1957 2 Piscine eau légère Plaques 20 % X X Chalk River MAPLE 1 et 2 1999 10 Piscine eau légère Crayons 20 % X Daejon HANARO 1995 30 Piscine eau légère et caisson eau lourde Crayons 20 % X X X Kinshasa Trico II 1959 1 Piscine eau légère ? ? ? ? ? ? MIT Cambridge MITR 1958 5 Caisson eau lourde Plaques 93 % X Gaithersburg NBSR 1967 20 Caisson eau lourde Plaques 93 % X X Idaho ATR 1967 250 Caisson eau légère Plaques 93 % X X Missouri University MURR 1966 10 Caisson eau légère Plaques 93 % X X Oak Ridge HFIR 1972 85 Caisson eau légère Plaques 93 % X X X Inshas ETTR-1 1958 2 Piscine eau légère ? ? ? ? ? ? Inshas ETTR-2 1998 22 Piscine eau légère ? ? ? ? ? ? Saclay Osiris 1966 70 MW Piscine eau légère Plaques 20 % X X X Grenoble RHF 1971 57 MW caisson eau lourde Plaques 93 % X Saclay Orphée 1980 14 MW Piscine eau légère et caisson eau lourde Plaques 93 % X Cadarache Cabri 1963 25 MW Piscine eau légère crayons 2,8 % - - Cadarache Eole 1965 500 W Piscine eau légère crayons 2,8 % - - Cadarache Masurca 1966 5 kW neutrons rapides crayons 2,8 % - - Cadarache Minerve 1977 100 W Piscine eau légère crayons 2,8 % - - Athènes Democritus 1961 5 Piscine eau légère Plaques 93 % X X Budapest VVR 1959 10 Caisson eau légère Tubes 36 % X X X Mumbai Dhruva 1985 100 Caisson eau légère Crayons uranium naturel X X X Serpong RSG-GAS 1987 30 Piscine eau légère Plaques 20 % X X X Tokai-Mura JRR-2 1960 10 Caisson eau lourde Crayons 45 % X X Tokai Mura JRR-3M 1990 20 Piscine eau légère et caisson eau lourde Plaques 20 % X X Oaraï JMTR 1968 50 Caisson eau légère Plaques 45 % X X Tadjourah Tadjourah 1981 10 ? ? ? ? ? ? ? Maâmora TRIGA 2009 2 ? ? ? ? ? ? ? Halden HBWR 1959 25 Caisson eau lourde Crayons 4 % X X Rawalpindi PARR-1 1965 9 Piscine Plaques 20 % X X Petten HFR 1961 45 Caisson eau légère Plaques 93 % X X X Swierk Maria 1974 30 Piscine Tubes 36 % X X X Pitesti Triga-II 1979 14 Piscine eau légère Crayons 20 % X X X Moscou IR-8 1957 8 Piscine eau légère Tubes 10 % X X St-Petersbourg WWR-M 1959 18 Caisson eau légère Tubes 90 % X X X Moscou MR 1963 40 Piscine eau légère Tubes 90 % X X Dimitrovgrad SM-2 1961 100 Caisson eau légère Plaques 90 % X X X Dimitrovgrad MIR-M1 1966 100 Piscine eau légère Tubes 90 % X X Cekmeçe TR-2 1981 5 Piscine eau légère Plaques 20 % X X

Dans le domaine de la fusion nucléaire

Ce sont des prototypes destinés à étudier le plasma et les réactions de fusion, d'abord sans produire d'électricité :

JET (Joint European Torus) – Royaume‑Uni : le plus grand tokamak en fonctionnement jusqu’en 2023, référence mondiale pour les expériences deutérium‑tritium ;

ITER – France : en construction à Cadarache, ce sera le plus grand tokamak jamais réalisé, destiné à démontrer la faisabilité scientifique de la fusion ;

JT‑60SA – Japon : tokamak supraconducteur moderne, développé avec l'Europe, conçu pour préparer ITER ;

DIII‑D – États‑Unis : tokamak très flexible utilisé pour étudier le contrôle du plasma ;

KSTAR – Corée du Sud : spécialisé dans les plasmas de longue durée ;

EAST – Chine : tokamak supraconducteur ayant établi plusieurs records de durée de confinement ;

Wendelstein 7‑X – Allemagne : stellarator avancé, alternative au tokamak, optimisé pour un plasma stable.

Références

Voir aussi Bibliographie .

Articles connexes Pile atomique Liste des réacteurs nucléaires en France