Matériaux pour le récupérateur de corium

Transcription

Matériaux pour le récupérateur de
corium
Pascal Piluso, Christophe Journeau
CEA-Cadarache/DTN
Gédépéon : Séminaire 19-20 Mars 2012 /AREVA-Lyon
1
Plan de la présentation
1. Progression du corium dans un RNR-Na
lors d’un accident grave
2. Le récupérateur de corium d’ASTRID
3. Études de R&D pour les matériaux
4. Conclusion
2
4. Conclusion
3
Phénoménologie : déroulement AG et cheminement du corium
•
Déroulement de l’accident de référence SPX: ULOF
– Phase primaire: Ebullition Na, Excursion de puissance, Fusion et éjection
combustible dans le tube hexagonal, température élevée pour
combustible (T>2500K)=> formation de corium
– Phase de transition: propagation du corium
– Phase d’expansion: interaction corium-Na, fragmentation corium,
vaporisation/détente matériaux
– Phase secondaire: formation d’un bain fondu; propagation corium
Récupérateur
hors zone cœur
– Phase post accidentelle
•
4
Phénoménologie corium-récupérateur
•
Comportement du corium
sur le récupérateur
– Etalement du lit de débris
(par gravité ou ébullition Na interne)
– Formation d’un bain fondu
• Convection dans le bain
• Formation croûte
• Ségrégation possible des phases
Etalement Corium
(Kyushu Univ.)
– Impact jet sur récupérateur
– Interaction corium-matériaux récupérateur
• Absorption d’énergie thermique
(favorisé si changement de phase)
• Formation de mélanges
– Modification Tliquidus
– Espèces gazeuses
– Entrainement corium
– Dilution combustible
Présence de phases UO2-B4C à l’équilibre
5
Phénoménologie associée au récupérateur
•
Neutronique
– Risque de criticité prompte:
accumulation, ségrégation
•
Thermique
– Refroidissement du lit de débris
– Convection dans le bain fondu
• Essais bain liquide Bafond (1980-1985):
surflux haut paroi latérale
• Répartition flux haut/bas/parois
– Refroidissement du fond et des parois du récupérateur
• Importance du chemin hydraulique
Ecoulements en cuve
•
Thermomécanique
6
4. Conclusion
7
Récupérateur Interne
Récupérateur placé en fond de Cuve Principale, sous le platelage
(+) le maintien de l’intégrité de la cuve
principale,
(-) la difficulté d’accès pour inspection ou
intervention de maintenance si nécessaire,
(-) la distance nécessaire entre la zone de
fusion et le récupérateur pour fragmenter le
jet de corium,
(-) le choix et la mise en œuvre du matériau
sacrificiel nécessaire en cas de jet de corium
8
Récupérateur Externe
Récupérateur placé en fond de Puits, sous la Cuve de Sécurité
(+) moindre contrainte dans le choix des
matériaux et systèmes de
refroidissement
(+) meilleure accessibilité pour inspection
et maintenance,
(-) la perte de la deuxième barrière
(Cuve Principale + Cuve de Sécurité)
 nécessité de rétablir toutes les
fonctions de sûreté dans le puits de cuve
: inertage, protection du béton, ajout de
circuits de refroidissement dédiés au
récupérateur, etc.
9
Récupérateur Inter-Cuves
Récupérateur placé entre la Cuve Principale et la Cuve de Sécurité
Cuve de Sécurité posée sur le fond du Puits de Cuve
Brevet du CEA, déposé le 3 février 2011 :
« Dispositif récupérateur de corium dans l'inter-cuve
d'un réacteur nucléaire et réacteur nucléaire mettant
en œuvre un tel dispositif »
(+) maintien de la deuxième barrière (cuve de
sécurité protégée par le récupérateur)
(+) moindre contrainte dans le choix des matériaux
et systèmes de refroidissement
(+) meilleure accessibilité pour inspection et
maintenance,
(-) augmentation du volume inter-cuve pouvant
entraîner une baisse du niveau libre de sodium
conséquente en cas de fuite de la cuve principale
 installation de composants DHR spécifiques dans
l’inter-cuve, et confinement de la zone inter-cuve.
10
Etudes nécessaires pour chacun des 3 concepts
•
•
•
Nature du corium
–
Important pour les 3 concepts
–
Composition chimique et interaction avec le sodium
–
Température
Scénario de cheminement et d’arrivée du corium sur le récupérateur
–
Important pour les 3 concepts, critique pour le Récupérateur Interne
–
Etudes de moyens permettant de diriger le corium vers le récupérateur via des chemins
privilégiés
–
Dispositions pour favoriser la fragmentation du jet de corium avant arrivée sur le récupérateur
Matériaux utilisés, en particulier matériau(x) sacrificiel(s)
–
Important pour les 3 concepts, critique pour le Récupérateur Interne
–
Rôle du (des) matériau(x) sacrificiel(s) (protection contre l’ablation, protection thermique, maintien
en condition sous-critique)  fortement fonction du scénario évoqué ci-dessus
–
Choix du (ou des) matériau(x) sacrificiel(s) à mettre en place suivant l’environnement, en
particulier dans le cas d’un Récupérateur Interne (risque de pollution du sodium primaire pendant
les 60 ans de durée de vie du réacteur)
–
Choix du matériau de structure et du plateau compatible avec les charges mécaniques et
thermiques, ainsi que la possibilité de refroidissement si la convection naturelle au niveau de la
surface du corium s’avérait insuffisante
11
1. Progression du corium dans un RNRNa lors d’un accident grave
4. Conclusion
12
Méthodologie appliquées pour les matériaux du récupérateur
1. Fonctionnalités attendues pour la sûreté du réacteur
2. Sélection des matériaux
1. Propriétés intrinsèques (en fonctionnement normal, en conditions
d’accidents graves)
2. Propriétés extrinsèques (en fonctionnement normal, en conditions
d’accidents graves)
3. Détermination des données expérimentales manquantes
4. Fabrication et mise au point des procédés de fabrication des matériaux à
l’échelle laboratoire (« Sciences des matériaux »)
5. Qualification des matériaux à l’échelle laboratoire/propriétés
intrinsèques/extrinsèques
6. Fabrication et mise au point des procédés de fabrication des matériaux à
l’échelle des besoins du réacteur (« Génie des matériaux »)
13
1.Fonctionnalités attendues pour la sûreté du réacteur
•
•
Eviter le risque de recriticité
• A mélanger le plus tôt possible avec le corium (majoritairement UO2)
• Etalement dans un récupérateur de grande dimension
=>Elimination du risque.
Protéger le récupérateur
• Jet de corium
• Jet d’acier surchauffé
•
Favoriser l’étalement du corium dans le récupérateur
•
Disposer d’un délai avant d’avoir besoin d’évacuer la puissance résiduelle
•
Abaisser la température du bain de corium afin de
• Réduire la vaporisation de produits de fission
• Éviter l’ébullition de l’acier
•
Réduire la densité du corium en dessous de celle de l’acier
14
2. Propriétés intrinsèques *
Critères de sélection
Près du cœur
Récupérateur
interne
Récupérateur
externe
Absorbant
Diluant et/ou
absorbant
Diluant et/ou
absorbant
Durée de vie (˜ 60 ans)
++
+++
++
Stabilité en réacteur
+++
+++
+
+++
+++
++
Température de fusion Tf > 900°C
+++
+++
+++
Température d’ébullition Teb > 2800 °C
Chaleur spécifique ?·Cp élevée,
+++
++
++
-
+++
+++
-
+++
+++
+
++
++
++
+++
++
+++
+++
+++
< 2880°C
< 2150°C
< 2150°C
+
+++
+++
Caractère absorbant ou diluant
Compatibilité
l’enveloppe
avec
le
matériau
> 2,5·106 J/m3/°C
Enthalpie de fusion ?·?Hf élevée,
4,0·109 J/m3
Masse volumique
de
>
3
860 kg/m < ? < ?(masse fissile)
Compatibilité avec le sodium
Absence de lacunes de miscibilité avec
la masse fissile
Eutectique avec la masse fissile
Stabilité du mélange avec le corium
(* : thèse de K. Plevakova)
15
2. Matériaux envisagés/propriétés intrinsèques
• Carbure : B4C
– Le meilleur absorbant neutronique (enrichissement en 10B)
– Bien connu dans les réacteurs à neutrons rapides
– Miscibilité avec matière fissile ?
– Vaporisation
• Oxydes :
– Al2O3
– Eutectique avec UO2 à T < 2000°C  Fusion et étalement du corium
favorisés
– Compatibilité avec le sodium si sans SiO2
– Prix faible
– Al2O3 – HfO2 ou Al2O3 – Eu2O3
– Propriété d’absorption neutronique
– Abaissement de T liquidus  étalement favorisé
– Renforcement mécanique
• Métal : Hf
– Dissolution dans la phase oxyde
• Formation d’HfO2 et d’UO2-x par réaction d’oxydo-réduction
• Possibilité de réduire en métal du combustible oxyde
– Compatibilité avec un combustible carbure ou métal ?
16
Exemple : étude du diagramme de phases ternaire *: UO2 – Al2O3 – HfO2
•
Résultats
–
Eutectique ternaire identifié : 30%m UO2 – 35%m Al2O3 – 35%m HfO2
et 1728 ± 22°C
(U1-xHfx)O2
Eutectique
(* : thèse de K. Plevakova)
Al 2O3
17
Exemple: Interaction UO2 – B4C
•
•
•
Expériences dans VITI : installation CORIUM haute température (T>2000K)
Au delà de 2000°C: 5/6 UO2+B4C  5/6 UB4+ CO+1/3 B2O2 
Le mélange 91,5%m UO2 + 8,5%m B4C a été chauffé jusqu’à 2400 ± 35°C dans un creuset
en tungstène
•
Analyses post-test:
– Analyse DRX de la poudre frittée obtenue: comme prévu calcul thermodynamique, une
partie d’UO2 a réagi  UB4 + UO2 en excès
18
Conclusions
•
•
•
•
L’emploi de matériaux sacrificiels permet d’améliorer la tenue du récupérateur
•
Principalement sur phases transitoires (non criticité, étalement, tenue au jet)
Plusieurs matériaux étudiés
Choix dépendra de la stratégie de gestion du corium
•
B4C
•
UO2
•
HfO2-Al2O3
•
Hf
•
Al2O3
Prochaines étapes de R&D :
-Détermination des données expérimentales manquantes
-Tenue au Na
-Base de données thermodynamique incluant le matériau retenu.
-Fabrication et mise au point des procédés de fabrication des matériaux à l’échelle
laboratoire
-Qualification des matériaux à l’échelle laboratoire/propriétés intrinsèques/extrinsèques
-Comportement corium-sacrificiel
- Fabrication et mise au point des procédés de fabrication des matériaux à l’échelle des
besoins du réacteur
19
Merci de votre attention

Matériaux pour le récupérateur de corium

Transcription

Documents pareils

Récupérateur d`eau à vis

récupérateur d`eau de pluie

Leaflet Display CORIUM Triptico.indd

Récupérateur d`eau

Un espresso toujours parfait, toujours illy i6

Installer un récupérateur d`eau de pluie

Philippe renaud.qxd

Rapportez vos canettes en magasin et gagnez 5 centimes !

CV webmanagement