La Nuclear Regulatory Commission (NRC) des États-Unis est chargée de superviser l'octroi de licences à tous les réacteurs nucléaires commerciaux aux États-Unis, y compris la prochaine génération de réacteurs à eau non légère de pointe. L'industrie de l'énergie envisage des technologies nucléaires novatrices qui promettent une meilleure efficacité, une sûreté accrue et des applications plus vastes, le CNRC a adapté son cadre réglementaire pour évaluer ces nouveaux modèles.

Comprendre les réacteurs avancés à eau non légère

Les réacteurs à eau non légère avancés sont un écart par rapport aux réacteurs classiques à eau légère (REL) qui dominent l'énergie nucléaire commerciale depuis des décennies. Bien que les REL utilisent l'eau ordinaire comme fluide de refroidissement et modérateur, les RELN emploient d'autres produits de refroidissement tels que les sels fondus, les métaux liquides (sodium, plomb) ou les gaz (hélium), qui peuvent fonctionner à des températures et des pressions plus élevées, offrant des gains potentiels en efficacité thermique, en utilisation du combustible et même en applications thermiques de procédés au-delà de la production d'électricité.

Plusieurs concepts du NLWR sont en cours de développement aux États-Unis :

  • Réacteurs de sel fondu (RSM): Utiliser le fluorure fondu ou les sels de chlorure comme liquide de refroidissement, souvent avec du carburant dissous dans le sel.
  • Réacteurs rapides à calorifuges (RFS):[ Utiliser du sodium liquide comme liquide de refroidissement et fonctionner avec des neutrons rapides, ce qui permet le recyclage des actinides.
  • Réacteurs à haute température à gaz (HTGR):[ Utiliser un liquide de refroidissement à l'hélium et une modération graphite; peut atteindre des températures de sortie supérieures à 750 °C.
  • Réacteurs rapides à couche de plomb (LFR): Utiliser le plomb fondu ou l'eutectique de bismuth comme liquide de refroidissement.
  • Microréacteurs:[ Petites unités fabriquées en usine utilisant souvent des tuyaux de chaleur ou du refroidissement au gaz, conçues pour la puissance à distance ou distribuée.

Chacune de ces technologies présente des caractéristiques de sécurité uniques, des défis en matière de matériaux et des comportements opérationnels qui ne sont pas à la base de l'expérience du parc de wagons à roues longues existant.

Cadre réglementaire du CNRC pour les RNF

Le cadre de délivrance des licences aux centrales nucléaires commerciales du CNRC est principalement codifié au titre 10 du Code des règlements fédéraux (10 CFR). Historiquement, les licences aux LWR ont suivi soit un processus en deux étapes (permis de construction et permis d'exploitation en vertu de la partie 50 du 10 CFR) soit un processus de licence combinée (COL) en vertu de la partie 52 du 10 CFR.

10 CFR Partie 50 contre Partie 52

En vertu de la partie 50 du CFR, le demandeur obtient d'abord un permis de construction (CP) après avoir démontré que le site et la conception proposés sont sûrs. Après la construction, une licence d'exploitation (OL) est accordée si l'usine satisfait à toutes les exigences de sécurité.

  • Permis de site initial (PES) :[ Permet à un demandeur d'obtenir l'approbation du CNRC d'un site avant de choisir un réacteur spécifique.
  • Certification de conception (DC):[ Une conception standard de réacteur peut être certifiée conforme aux exigences du CNRC; cette certification peut alors être référencée par plusieurs candidats à la CLO.
  • Licence combinée (COL):[ Combine les examens des permis de construction et des licences d'exploitation; le demandeur doit démontrer que certaines inspections, tests, analyses et critères d'acceptation (ITAAC) seront respectés.

Pour les TNLA avancés, le CNRC encourage les interactions précoces et fréquentes avant la mise en oeuvre afin de cerner les lacunes réglementaires et d'élaborer des plans d'examen spécifiques à la conception.De nombreux promoteurs poursuivent leur certification en vertu de la partie 52 parce qu'elle fournit une prévisibilité réglementaire et facilite le déploiement dans plusieurs sites.

Engagement préalable à la demande et analyse des lacunes réglementaires

Avant de présenter une demande officielle, les promoteurs sont encouragés à collaborer avec le CNRC par le biais d'une série de réunions préalables à la demande, de livres blancs et de rapports d'actualité, ce qui permet au CNRC et au demandeur de déterminer les domaines où les règlements existants pourraient ne pas tenir compte adéquatement des nouvelles caractéristiques d'un NLWR. Le CNRC effectue ensuite une analyse des lacunes réglementaires pour déterminer si des modifications aux règlements, aux directives ou aux procédures d'examen sont nécessaires.

Par exemple, en 2020, le CNRC a terminé un examen complet du cadre réglementaire pour les réacteurs à eau non légère et publié un rapport qui a permis de cerner 60 lacunes réglementaires, dont environ la moitié ont été comblées par les règlements et les directives existants, tandis que le reste exigeait des directives nouvelles ou révisées du CNRC.

Domaines d'examen technique pour les NLWR

L'examen technique d'une conception du NRC couvre tous les aspects de la sécurité, y compris la physique des réacteurs, l'hydraulique thermique, les matériaux, l'instrumentation et les commandes, la performance du confinement et la progression des accidents.

Phénomène spécifique au liquide de refroidissement et analyse de la sécurité

Chaque type de liquide de refroidissement introduit des comportements physiques et chimiques distincts qui doivent être modélisés et évalués:

  • Sel fondu :[ Le combustible peut être dissous dans le sel, nécessitant une analyse de la chimie du sel, du transport des produits de fission et de la congélation ou solidification potentielle. Le CNRC a élaboré des lignes directrices pour évaluer les scénarios d'accident de MSR, y compris le déversement de sel, l'insertion de réactivité et l'élimination de la chaleur de décomposition.
  • Sodium: Le sodium liquide réagit vigoureusement avec l'eau et l'air, de sorte que des systèmes spécialisés de protection et de manipulation contre l'incendie sont nécessaires.
  • Hélium: En tant que gaz inerte, l'hélium ne réagit pas chimiquement, mais sa faible densité rend le refroidissement naturel moins efficace. Le CNRC évalue les performances d'élimination de la chaleur dans des conditions normales et dans des conditions d'accident.
  • Le plomb ou le bismuth de plomb :[ Ces agents de refroidissement peuvent corroder des matériaux structuraux et libérer du polonium radioactif. Le CNRC examine le contrôle chimique du liquide de refroidissement, l'allocation de corrosion et la gestion du polonium.

Le CNRC exige que les candidats valident leurs codes informatiques et leurs méthodes d'analyse en utilisant des tests d'effets distincts et des expériences intégrales.

Approche fondée sur les risques et le rendement

Le CNRC s'est engagé à utiliser des méthodes fondées sur le risque et le rendement (RIPB) pour examiner les réacteurs avancés. Au lieu de prescrire des exigences déterministes en matière de conception fondées uniquement sur des précédents de LWR, le CNRC évalue si les mesures de sécurité proposées par un demandeur sont adéquates pour atteindre les objectifs de sécurité de l'organisme.

  • Élaborer une évaluation probabiliste du risque (APR) qui tient compte des événements déclencheurs et des modes de défaillance propres à la RNJ.
  • Établir des critères de rendement pour les fonctions de sécurité, comme le contrôle de la réactivité, l'élimination de la chaleur de décomposition et l'isolement.
  • Utilisation de concepts de défense en profondeur adaptés aux caractéristiques de sécurité passive de la conception.

Pour appuyer cette approche, le CNRC a mis à jour ses guides réglementaires et ses plans d'examen standard (p. ex., NUREG-0800) afin de tenir compte des conceptions autres que celles des RL. L'organisme a également publié des directives sur l'utilisation de codes et de normes de l'industrie, comme ceux de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) et de l'American Nuclear Society (ANS), pour les réacteurs de pointe.

Instrumentation et contrôle numériques (I&C)

Les conceptions avancées du NLWR reposent souvent sur des systèmes numériques d'information et de communication pour les fonctions de sécurité et de contrôle. Le CNRC examine ces systèmes pour déterminer la fiabilité, la cybersécurité et l'adéquation des interfaces homme-machine.

Fabrication avancée et matériaux

De nombreux NLWR intègrent de nouveaux matériaux, comme le revêtement composite en carbure de silicium, les alliages à haute température ou les formes de combustible céramique. Le CNRC examine les programmes de qualification des matériaux, les données d'essais d'irradiation et les codes de construction (p. ex., la section III du Code des chaudières et des récipients à pression de l'ASME pour les réacteurs avancés).

Voies et jalons de la délivrance des permis

Bien que chaque projet du NLWR respecte un calendrier d'examen unique, le CNRC a établi plusieurs étapes communes à la plupart des efforts de délivrance de licences en vertu de la partie 52 :

  • Certification de conception (DC) :[ Généralement, un examen de 30 à 48 mois après que le CNRC a accepté la demande. Le CNRC publie un rapport final d'évaluation de la sécurité et des règles pour certifier la conception.
  • Licence combinée (COL):[ Le processus de CLO comprend des examens de sécurité et d'environnement spécifiques au site. Le CNRC tient des audiences et émet le CLO si toutes les exigences sont satisfaites.
  • Permis de construction (CP):[ En vertu de la partie 50, l'examen du CP peut être plus court, mais le demandeur doit obtenir plus tard une licence d'exploitation distincte.
  • Permis de site précoce (PESP):[ Valable de 10 à 20 ans, le PSR résout à l'avance les questions de sécurité et d'environnement liées au site.

Parmi les activités de délivrance de licences notables du NLWR, mentionnons l'examen de la certification de la conception du Xe-100 (réacteur refroidi à haute température au gaz) et du IMSR (réacteur à sel fondu) de l'énergie terrestre. Le CNRC a également reçu une demande de CO2 pour le NuScale Power SMR (réacteur modulaire à eau légère, non pas un NLWR mais souvent groupé avec des conceptions avancées).

Défis et adaptation

L'octroi de licences aux TNLB avancés a posé plusieurs défis que le CNRC a systématiquement relevés.

Manque d'expérience opérationnelle

Contrairement aux RL, qui ont des décennies de données opérationnelles, les RLN ont des antécédents commerciaux limités ou aucun aux États-Unis. Le CNRC compense l'utilisation de données provenant de réacteurs d'essai, d'expériences étrangères et de programmes de recherche. L'organisme exige également des demandeurs qu'ils effectuent des essais approfondis et qu'ils valident les codes.

Expertise du personnel de réglementation

L'examen des nouvelles technologies exige une nouvelle expertise technique au sein du CNRC. L'agence a embauché du personnel supplémentaire ayant des connaissances en chimie du sel fondu, en hydraulique thermique des métaux liquides et en matériaux de pointe.

Participation du public et contribution des parties prenantes

Les processus d'octroi de licences du CNRC comprennent des occasions de commentaires et d'audiences du public. Pour les NLWR, l'organisme a organisé des réunions publiques, des webinaires et des ateliers pour discuter des approches réglementaires.

Examens relatifs à la sécurité et à la prolifération

Les modèles NLWR peuvent utiliser des combustibles à plus haut niveau d'enrichissement (p. ex., uranium à faible teneur en uranium enrichi, HALEU, 5-20 % U-235). Le CNRC coordonne avec le DOE sur la sécurité de l'approvisionnement en combustible et du transport de HALEU. Pour les modèles qui recyclent le combustible utilisé ou qui fonctionnent sur des spectres à neutrons rapides, le CNRC examine les caractéristiques de résistance à la prolifération dans le cadre de l'octroi de licences.

Orientations futures et collaboration internationale

Le CNRC continue d'adopter une approche qui évolue à mesure que les technologies des TNL avancent vers la commercialisation.

  • Partie 53 (Cadre de réglementation axé sur les risques et la technologie) :[ Le CNRC élabore actuellement un nouveau cadre de réglementation pour les réacteurs de pointe qui consoliderait et simplifierait les exigences relatives à toute technologie de réacteur.
  • Coopération internationale en matière de réglementation:[ Le CNRC participe à des efforts multilatéraux comme le Programme multinational d'évaluation de la conception (PEIM) pour harmoniser les examens des réacteurs avancés.
  • Licence de microréacteurs:[ Pour les très petits réacteurs avancés, le CNRC élabore un processus réglementaire distinct qui réduit certaines exigences tout en maintenant la sécurité, y compris une nouvelle catégorie de permis en vertu de la partie 53 ou une approche révisée de la partie 50.
  • Financement et ressources:[ Les crédits parlementaires et les structures tarifaires sont ajustés pour tenir compte des délais d'examen plus longs et de l'expertise spécialisée requise pour les TNL.

En s'engageant tôt avec les promoteurs, en adaptant son cadre réglementaire et en investissant dans la capacité technique, le CNRC se positionne pour superviser le déploiement sécuritaire des technologies nucléaires de la prochaine génération qui pourraient jouer un rôle important dans un avenir sans carbone. Comme les premiers certificats de conception du NLWR et les licences combinées sont accordés, les leçons apprises permettront d'affiner le processus réglementaire et de préparer la voie à une nouvelle flotte de réacteurs.

Pour plus de détails sur les activités avancées du réacteur du CNRC, les lecteurs peuvent consulter la page officielle des réacteurs avancés du CNRC[, le Office de l'énergie nucléaire du Ministère de l'Environnement[ et le rapport de l'AGO sur les efforts avancés de délivrance de licences de réacteurs du CNRC[. Pour des conseils réglementaires précis sur les cadres fondés sur les risques, voir NRC= Plan d'examen standard (NUREG-0800).