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This study is part of the framework of high power energy supply in space. It consists in designing an electro-generating system based on a molten salt nuclear reactor for the generation of electrical power of the order of MW in a space environment. Then characterizing it, in particular in terms of specific mass, in order to obtain different configurations depending on the type of conversion system, the operating points, the working fluids and the cold source technology. Therefore, the subject contains two objectives: the design of the core and its anti-radiation shield on the one hand, that of the conversion system with the cold source on the other. For the first, we sought to identify the materials, justify a geometry on the basis of a neutron study. The idea was to select a core design to characterize it more precisely: mass, temperature feedback, criticality lifespan, power extraction. Work on the shield consisted in determining its thickness and the materials in order to deduce its mass according to the thermal power. For the second objective, the existence of an optimal cold temperature from the point of view of the radiating surface necessary for the rejection of thermal power in vacuum led to the search using genetic optimization for the characteristics of an optimal conversion system with the criteria of mass or surface of the cold source and supplied electrical power. The objective pursued was to compare various solutions with different technological maturity in order to provide an indication for a subsequent choice of research. This study made it possible to identify certain characteristics of the space power supply system based on a molten salt reactor: highly enriched fluoride salt in a graphite core and importance of the conversion system in the mass estimate. In particular, a core design has been proposed which has been shown to exhibit negative temperature feedback, a reactivity control system consistent with a cold start and critical lifespan of more than four years when continuously delivering 5 MW thermal power. Among the conversion systems studied, the Rankine cycles lead to lighter cold sources than the Brayton cycles thanks to a higher radiation temperature. The difference in mass between all the options is mainly due to the heat sink, which explains why the use of a droplet radiator (LSDR) makes it possible to reduce the mass even further among Rankine cycle conversions. Two important points have not been studied: the design of the shield in order to know its precise mass and the verification of the power extraction, incompatible as it is with the design of the proposed core and therefore implying its modification.; Cette étude s’inscrit dans le cadre de l’alimentation électrique de forte puissance en milieu spatial. Elle consiste à concevoir système électro générateur s’appuyant sur un réacteur nucléaire à sel fondu pour la génération d’une puissance électrique de l’ordre du MW en milieu spatial puis de le caractériser, en particulier en termes de masse spécifique, et ce afin d’obtenir différentes configurations selon le type de système de conversion, les points de fonctionnements, les fluides de travail et la technologie de la source froide. On peut donc partager le sujet en deux objectifs : la conception du cœur et de son bouclier anti radiations d’une part, celle du système de conversion avec la source froide d’autre part. Pour le premier, on a cherché à identifier les matériaux, justifier d’une géométrie, sur la base d’une étude neutronique. L’idée a été de sélectionner un design de cœur pour le caractériser plus précisément : masse, contre réactions en température, durée de vie critique, extraction de puissance. Le travail sur le bouclier a consisté à en déterminer l’épaisseur et les matériaux afin d’en déduire sa masse, en fonction de la puissance thermique. Pour le second objectif, l’existence d’une température froide optimale du point de vue de la surface rayonnante nécessaire pour le rejet de puissance thermique dans le vide a conduit rechercher par optimisation génétique les caractéristiques d’un système de conversion optimal selon les critères de masse ou surface de la source froide et de puissance électrique délivrée. L’objectif poursuivi était de comparer diverses solutions présentant des maturités technologiques différentes afin de fournir une indication à un choix ultérieur de recherche. Cette étude a permis d’identifier certaines caractéristiques d’un système électro générateur spatial basé sur un réacteur à sels fondus: sel fluorure hautement enrichi dans un cœur en graphite et importance du système de conversion dans le devis de masse. On a proposé en particulier un design de cœur dont on a montré qu’il présente des contre réactions en température négatives, que son système de contrôle de réactivité est cohérent avec un démarrage à froid et qu’il peut être maintenu critique pendant plus de quatre ans en délivrant 5 MW de puissance thermique en continu. Parmi les systèmes de conversions étudiés, les cycles de Rankine conduisent à des sources froides plus légères que les cycles de Brayton grâce à une température de rayonnement supérieure. La différence de masse entre toutes les options est majoritairement due à la source froide ce qui explique que l’utilisation d’un radiateur à gouttelettes (LSDR) permettent de réduire encore la masse, parmi les conversions à cycle de Rankine. Deux études n’ont pas été menées jusqu’à leur terme: la conception du bouclier afin d’en connaître sa masse précise et la vérification de l’extraction de puissance, incompatible en l’état avec le design du cœur proposé et qui requiert donc sa modification. |
