Thorium. Les boulets blancs
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Des Boulets blancs de céramique fibrée à cœur de thorium dopé pourraient-il remplacer les antiques boulets de charbon pour diffuser de la chaleur ?
La céramique remplacerait le sel fondu et jouer à la fois le rôle de caloporteur et barrière de confinement.
Les Boulets blancs sont-ils l’avenir des centrales thermiques à charbon ?
… la pluralité est une grande source d’innovations » !
Le principal obstacle ne sera-t-il pas de réunir des équipes pluridisciplinaires ?
Quant à utiliser des billes de céramiques pourquoi ne pas les faire plus grosses, aussi grosses que les anciens boulets d’anthracite et ...
… de faire de chacun de ces Boulets blancs des petites centrales au thorium ?
Le cœur des boulets blancs serait du thorium (métal) dopé à l’uranium en quantité et en proportion calculées en fonction de la chaleur émise souhaitée. Les physiciens nucléaires le feront fort bien, mais, intuitivement, la quantité de thorium sera doute inférieure à un mm3. Soit moins d’un dixième de mg.
Bien entendu, il faudrait tenir compte de la conductivité thermique de la céramique utilisée et des dimensions du Boulet.
La conductivité thermique [de la céramique] est largement supérieure à celle des aciers (d’environ un facteur 5).
Pour le dopage par l’uranium, il doit falloir passer par le niveau des molécules (vraies) (voir Bilan neutronique EPR)
Le principe de base est l’échauffement du thorium dopé sous l’effet de sa propre fission.
La figure ci-contre montre le rougeoiement d'une pastille de dioxyde de plutonium 238PuO2 sous l'effet de sa propre désintégration radioactive.
Après m’être rafraîchi la mémoire, celle que j’utilisais il y a environ soixante ans quand j’apprenais la forge au lycée technique, la température de cette pastille doit être d’environ 700 °C.
La couleur (comparée à celle du plumage d'oiseaux !) nous renseignait sur la possibilité de travailler le fer, martellement, forge, perçage, soudure, ...
Le thorium utilisé dans les Boulets blancs serait, simplement, sous sa forme métal.
Ceci contrairement aux centrales à sels fondus dans lesquels le thorium est sous forme de sel (de fluorure, en général).
Avec le thorium sous forme métal, et sans sels fondus, la technologie se simplifie et répond, partiellement aux interrogations du Professeur Li Zhong
« … nous ignorons encore beaucoup de choses sur les caractéristiques physiques et chimiques du thorium. Il y a tant de problèmes à résoudre … » (notamment sur la gestion de la corrosivité des sels fondus) Wikipédia thorium
(Un prochain article proposera des pistes pour améliorer les circuits de sels fondus)
La céramique remplacerait le sel fondu des centrale au thorium à la fois comme de caloporteur et barrière de confinement.
Le Syndicat des Industriels des Céramiques Techniques propose toute une gamme de céramiques, certaines particulièrement résistantes
- d’une part aux températures élevées
- d’autre part aux chocs thermiques,
… point essentiels car le Boulet blanc ne doit pas se fissurer.
Parmi les additifs qui permettent l’obtention de ces céramiques/porcelaines figure l’oxyde de … thorium
Quelles seraient les propriétés des Boulets blancs contenant, dans tout son volume, du thorium sous forme d’oxyde ? Voilà une autre piste de recherche.
L’attention doit se porter plus particulièrement sur les céramiques composites
L’utilisation de composites SiC [céramique]- SiC-fibre permet de supprimer cet aspect de rupture de type « fragile ».
La fibre la mieux adaptée serait certainement l’amiante.
Oui, l’amiante doit être utilisée avec précaution, mais pas plus que l’uranium !
Dans tous les cas le problème des poussières formées lors de l’utilisation des Boulets blancs est à étudier, et à résoudre.
L’addition d’une pastille de Fer ou de Nickel permettrait de transporter les Boulets blancs par une « grue » à champ électromagnétique, mais ces métaux ne risquerait-ils pas de déstabiliser la structure de la céramique même fibrée
La quantité de thorium devrait être évidement calculée, pour la température du Boulet voulue (250, 600, 900°C ?). Certaines céramiques résistent à des températures de 1 900° C.
… mais ces températures extrêmes ne semblent pas nécessaires
La température est davantage un paramètre impliqué dans la résistance du matériau, le paramètre essentiel pour l’utilisation des Boulets blancs est la chaleur fournie.
« La société “Solar Reserve” est en train de mettre au point un nouveau récepteur de chaleur en céramique qui permettra de chauffer les sels fondus jusqu’à 714° C »
Le sel fondu des centrales au thorium est à une température de 600 à 900°C,
Transfert d’énergie depuis le Boulet blanc se ferait par rayonnement (voir figure ci-contre)
Par analogie avec les boulets de charbon de nos grands-parents (et parents), la taille des Boulets blancs serait de 4 à 5 cm sur la plus grande cote. (à titre de comparaison, les pastilles de combustible à l’uranium pour les EPR font une hauteur de 1,35 cm)
… et ayant la forme de boulet (et pas d’un œuf comme je l’ai représenté sur le schéma ci-dessous), permettant le même entassement et mêmes propriétés de « roulage » que leur équivalent en anthracite.
Les Boulets blancs resteraient chauds pendant longtemps
Par analogie avec le « carburant » de la Cadillac WTF fonctionnant au thorium, les Boulets blancs seraient opérationnels pendant cent ans.
… avec une décroissance exponentielle de l’énergie émise.
Leurs destinations pourraient être adaptées au fur et à mesure de leur refroidissement.
Cette chaleur persistance posera par ailleurs quelques problèmes techniques, notamment d’emmagasinage, car ils ne pourront pas s’éteindre avec un simple interrupteur !
Transfert d’énergie par rayonnement IR, ou plonger « simplement » les Boulets blancs dans un réservoir à eau pressurisée ?
… comme le faisait nos lointains ancêtres pour chauffer la soupe.
Sauf que l’utilisation d’eau pressurisée demande des pressions très élevées :
- l'ordre de 70 à 150 bars, pour les réacteurs nucléaires à eau pressurisée
- de 180 bars (à 540 °C) à 250 bars (à 600 °C) pour les centrales au charbon.
… donc des cuves résistantes à ces pressions, et donc des risques d’explosion.
(rappel : les centrales à sels fondus sont à "basse pression")
Comme j’en ai donné l’idée dans Thorium / Charbon. Le thorium : l’avenir des centrales au charbon ! une centrale au thorium à sels fondus pourrait remplacer toute la partie thermique des actuelles centrales au charbon
… partout où une chaleur élevée est utile, c'est-à-dire partout où il y a des chaudières dont le combustible, charbon ou fuel pourrait être remplacé par des Boulets blancs :
- agro-alimentaire : sucreries.
- etc.
Les boulets blancs peuvent être transportés (avec certaines précautions évidentes en raison de leur température !) partout où de la chaleur peut être utile.
Et pourquoi pas dans les moteurs d’automobiles, comme celui de la Cadillac WTF
La quantité d’énergie fournie (et la température, selon son environnement) pourrait être réglée, par construction, par la quantité de thorium située dans le cœur du boulet blanc et la grosseur de celui-ci.
Et pourquoi pas des Boulets blancs, (moins chauds !) pour réchauffer des vielles douleurs
Les masques de charbons de l’Himalaya, proposés par Body Shop ne devraient pas masquer l’intérêt des chercheurs pour les Boulets blancs
La principale difficulté de réalisation des Boulets blancs (s’ils sont réalisables !) sera de réunir des ingénieurs des céramiques avec des ingénieurs de la physique et de la chimie nucléaires, y ajouter des ingénieurs des centrales thermiques.
Nous retombons sur l’éternelle illusion de réunir des équipes pluridisciplinaires
Voir culture et pluridisciplinarité
et les vœux de Mathias Mink
… la pluralité est une grande source d’innovations » !
