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Fait marquant | Résultat scientifique

Etape vers MYRRHA premier réacteur nucléaire au monde piloté par un accélérateur de particules

Une usine cryogénique pour l’accélérateur MINERVA


​​​​​​​​​​​​Une équipe de l'Irig a produit les études préliminaires et le cahier des charges de l’usine cryogénique du futur accélérateur MINERVA, réalisant la première phase du projet MYRRHA, à Mol en Belgique. ​​
​Cette usine ​permettant de maintenir l'accélérateur de protons à la température de 2 Kelvin​​, sera livrée en 2028​.

Publié le 5 juin 2024

​​MYRRHA (Multi-purpose hYbrid Research Reactor for High-tech Applications) est un projet conduit par le SCK CEN (Centre d’Etudes des Energies Nucléaires belge) pour construire le premier réacteur de recherche au monde piloté par un accélérateur de particules. Ce complexe nucléaire en construction est annoncé pour 2036, à Mol (Belgique). La phase 1 de ce projet, intitulée MINERVA, consiste à accélérer des protons sur 100 m jusqu’à une énergie de 100 MeV. Cet accélérateur nécessite le refroidissement cryogénique de ses cavités supraconductrices radiofréquence.

Des chercheurs de l'Irig ont été sollicité par le SCK CEN pour définir ou consolider l’architecture cryogénique de l’accélérateur MINERVA puis réaliser des études préliminaires afin de définir un cahier des charges nécessaire à la conception du refroidissement cryogénique à 2 Kelvin des cavités accélératrices. Il contiendra 30 cryomodules comprenant chacun 2 cavités supraconductrices réalisées en niobium et refroidies dans un bain d’hélium superfluide saturé à 2 Kelvin.

Le système cryogénique, élément clef du projet, est composé de l’usine cryogénique, de la distribution, des lignes cryogéniques, et des boîtes à vannes raccordées aux cryomodules contenant les cavités. Après une phase d’études préliminaires et conceptuelles initiées en 2021, l'équipe de l'irig a rédigé le cahier des charges de plus de 500 exigences techniques pour la fourniture de l’usine cryogénique pour MINERVA. L’usine permettra de fournir l’hélium superfluide à 2 K pour le refroidissement des cryomodules, de maintenir les écrans thermiques entre 40 K et 60 K avec de l’hélium gazeux, et de garantir le refroidissement des coupleurs fournissant la puissance Radio Fréquence aux cavités supraconductrices à partir d’hélium supercritique à 5 K.

La puissance totale de refroidissement des cavités sera d’environ 3500 W équivalents à 4,5 K décomposée en 900 W à 2 K pour les cavités et 8600 W pour les écrans thermiques à 50 K environ. Le débit des compresseurs hélium pour le système cryogénique est estimé à 320 g/s nécessitant 1,2 MW de puissance d’alimentation électrique. Le circuit de refroidissement des compresseurs (récupérant plus de 90% de l’énergie électrique injectée) sera valorisé et utilisé pour chauffer les bâtiments MINERVA.

Sur la base des propositions techniques du CEA-Irig, la phase d’appel d’offre de la réalisation de cette usine cryogénique, gérée et financée par SCK CEN, est actuellement ouverte. Le CEA-Irig assumant le rôle d’expert et de conseil technique sera fortement impliqué pendant les phases de réalisation industrielle de l’usine cryogénique : les études détaillées, la fabrication, l’installation et son démarrage sur le site SCK CEN de Mol, prévu en 2028. Ainsi, un nouveau contrat de 4 ans vient de commencer en avril 2024.

D’autres contrats sont en discussion entre l'Irig et​ le SCK CEN pour la suite du projet MINERVA. Il s’agira notamment de réaliser un jumeau numérique de l’ensemble de l’installation cryogénique (incluant les cryomodules) afin de mieux préparer et d’optimiser le fonctionnement cryogénique de l’accélérateur MINERVA et aussi de former les opérateurs.

Vue du futur projet MYRRHA

Cryomodule (crédit SCK CEN)​

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