Letteratura scientifica selezionata sul tema "Réacteurs refroidis par métal liquide"

Les études de sureté et les modélisations numériques mises en œuvre dans le cadre des études sur les réacteurs à neutrons rapides (RNR) impliquent un besoin de validation des codes de calcul à l'aide de maquettes représentatives. Un enjeu de sûreté identifié dans ce type de réacteur est le redressement du jet radial issu de l'impact des jets chauds du cœur sur le Bouchon Couvercle Cœur (BCC). Le redressement induit des fluctuations thermiques et une stratification thermique dans le plénum supérieur provoquant de la fatigue thermique sur les composants. Comprendre les divers mécanismes en œuvre dans le phénomène de redressement du jet radial est nécessaire dans le but d'être prédictif sur les conditions opératoires pour lesquelles ce redressement intervient. Dans ce but, on utilise la maquette MICAS qui reproduit géométriquement à l'échelle 1/6 le plénum supérieur du réacteur ASTRID, en utilisant de l'eau comme fluide simulant à la place du sodium. Pour valider les codes simulant ASTRID, la représentativité de la maquette MICAS doit être validée vis-à-vis de son échelle réduite mais également de son fluide simulant. Afin d'étudier la transposition du redressement du jet entre différentes échelles, une méthode d'analyse d'effets d'échelle est introduite ; elle se base sur trois maquettes d'échelles géométriquement différentes mais représentatives du réacteur. Une étude phénoménologique est réalisée sur une maquette simplifiée, PIGNIA, permettant de vérifier expérimentalement la dépendance théorique de la trajectoire du jet envers le nombre de Froude densimétrique du jet radial FrD(rad) et justifiant sa conservation comme critère de similitude pour la transposition du redressement du jet. Une fonction de transfert permettant de relier les conditions du jet radial aux conditions en sortie de buse est établie théoriquement et validée expérimentalement. Pour obtenir une valeur critique du FrD(rad) en géométrie représentative, des essais sont réalisés sur la maquette MICAS. En se basant sur les conditions expérimentales de MICAS menant au redressement du jet, deux maquettes représentatives sont dimensionnées : MOJIT-Eau et MOJI/4, respectivement aux échelles 1/2,5 et 1/4 relativement à MICAS. Une étude de l'écoulement en conditions isothermes sur les maquettes MOJIT-Eau et MOJI/4 met en évidence un attachement du jet radial à la surface du cœur, appelé effet Coanda. Cet effet ne dépend que des grandeurs géométriques du système. Une étude thermo-hydraulique est enfin mise en place afin de vérifier les conditions d'extrapolation du phénomène de redressement. Un comportement binaire est observé sur le redressement du jet, qui est soit attaché et longe le cœur, soit détaché et se redresse dans le plénum. L'effet Coanda joue un rôle de premier plan sur la stabilité du jet. Le nombre de Froude densimétrique seul ne permet pas de caractériser ce phénomène qui se produit sur MICAS. Un nouveau nombre adimensionnel L, représentant la compétition entre les effets d'inertie, de flottabilité et l'effet Coanda, est alors défini. Ce nombre permet d'assurer correctement la transposition du détachement et donc du redressement entre MICAS, MOJIT-Eau et MOJI/4. Les conditions attendues sur ASTRID par la conservation de ce nombre permettent d'étudier la distorsion de la similitude eau-sodium sur les échanges thermiques. L'eau est alors vérifiée comme un choix pertinent pour la représentativité de maquettes petites échelles vis-à-vis d'ASTRID en retrouvant le nombre de Péclet (représentant les modes d'échanges thermiques) du réacteur : le changement de fluide corrige le changement d'échelle sur ces aspects
Safety studies and numerical modelling implemented within the framework of studies on fast neutron reactors imply a need for validation of calculation codes using representative mock-ups. A safety issue identified in this type of reactor is the rise of the radial jet resulting from the impact of hot jets from the core to the Upper Core Structure (UCS). This rise induces thermal fluctuations and thermal stratification in the upper plenum causing thermal fatigue on the components. Understanding the various mechanisms at work in the phenomenon of radial jet raising is necessary in order to be predictive about the operating conditions for which this phenomenon occurs. For this purpose, the MICAS mock-up is used, which geometrically reproduces the upper plenum of the ASTRID reactor on a 1/6 scale, using water as a simulating fluid instead of sodium. In order to validate the ASTRID simulation codes, the representativeness of the MICAS mock-up must be validated with respect to its reduced scale but also to its simulating fluid. In order to study the transposition of the jet behaviour between different scales, a method of scale effects analysis is introduced, based on three mock-ups at different scales but representative of the reactor. A phenomenological study is carried out on a simplified model, PIGNIA, allowing to verify experimentally the theoretical dependence of the trajectory of the jet on the densimetric Froude number of the radial jet, justifying its conservation as a similarity parameter for the transposition of the jet behaviour. A transfer function to relate the radial jet conditions to the nozzle outlet conditions is established theoretically and validated experimentally. To obtain a critical value of the densimetric Froude number in representative geometry, tests are performed on the MICAS model. Based on the experimental conditions of MICAS leading to the rise of the jet, two representative mock-ups are sized: MOJIT-Eau and MOJI/4, respectively at scales 1/2,5 and 1/4 relative to MICAS. A study of the flow under isothermal conditions on the MOJIT-Eau and MOJI/4 mock-ups shows an attachment of the radial jet to the surface of the core, due to Coanda effect. This effect depends only on the geometrical quantities of the system. A thermal-hydraulic study is finally carried out to verify the conditions of extrapolation of the recovery phenomenon. A binary behaviour is observed on the rise of the jet, which is either attached and runs along the core or detached and rises in the plenum. The Coanda effect plays a major role on the stability of the jet. The densimetric Froude number alone is not sufficient to characterize this phenomenon, which occurs on MICAS. A new dimensionless number L, representing the competition between inertia, buoyancy and Coanda effects, is then defined. This number allows for the correct transposition of the detachment and thus the rise of the jet between MICAS, MOJIT-Eau and MOJI/4. The conditions expected on ASTRID by the conservation of this number allow to study the distortion of the water-sodium similarity on the heat exchanges. Water is then verified as a relevant choice for the representativeness of small-scale mock-ups with respect to ASTRID by estimating the Péclet number (representing the heat exchange modes) of the reactor: the change of fluid corrects the change of scale on these aspects

Une nouvelle génération de réacteurs est aujourd'hui développée pour répondre aux enjeux économiques, environnementaux et sociétaux du 21e siècle. Parmi les différents concepts retenus pour créer cette quatrième génération, les réacteurs à neutrons rapides à caloporteur sodium (RNR-Na) sont étudiés dans le cadre de cette thèse. Ce sont les seuls réacteurs de quatrième génération présentant déjà un retour d'expérience considérable en France. Afin de répondre aux objectifs de sûreté de cette nouvelle génération, la démarche d'étude de sûreté doit être adaptée dès les phases de préconception et de conception afin d'y intégrer les accidents graves et ainsi identifier puis définir les moyens de limitation de leurs conséquences. Ces travaux de thèse se positionnent dans la dynamique des travaux effectués au CEA contribuant au développement de cette démarche de sûreté par l'étude et la modélisation de la phase d'expansion d'un accident grave en RNR-Na. L'objectif de la thèse est de réaliser un outil de calcul traitant des phénomènes physiques pertinents lorsqu'un bain fondu de matériaux est surchauffé par une excursion de puissance dans le cœur entraînant la formation et la détente rapide d'une bulle de vapeur de sodium et de matériaux surchauffés. Suite à l'étude détaillée de l'état de l'art des différentes phénoménologies présentes au cours de la phase d'expansion, des analyses dimensionnelles des processus physiques impliqués sont effectuées afin d'identifier ceux qui sont prépondérants. Sur la base de ces analyses, une modélisation est ensuite développée puis intégrée dans un outil de calcul, dont l'objet est de déterminer et de hiérarchiser l'ensemble des contributions aux chargements mécaniques de la cuve d'un RNR-Na en fonction des configurations accidentelles simulées. Une étape de validation de l'outil est réalisée au travers de tests à effets séparés, de tests globaux à l'aide de résultats d'expériences et de résultats de calculs issus d'autres codes de calcul validés. Enfin, des études de conception paramétriques sont menées afin de quantifier la variabilité des résultats par rapport aux choix de modélisation et aux incertitudes des scénarios et des données physiques
A new generation of nuclear reactor is nowadays developed in order to take into account the economic, environmental and societal stakes of the 21th century. Among the different concepts taking part of the fourth generation, the sodium fast reactors (SFR) are studied in this PhD thesis. These reactors are the only ones of the fourth generation already having a considerable operating feedback in France.To achieve the safety objective of this new generation, the safety approach has to be adapted as soon as the reactor preconceptual and conceptual phases in order to integrate severe accidents, identify and define limitation ways as well as their consequences. This work, dedicated to the study and to the modelling of the expansion phase of a severe accident in SFR, is positioned in the CEA's work dynamic by contributing to the development of the safety approach. The goal of this PhD is to create a tool modelling the important physical phenomena induced by a power excursion in a molten material pool. This involves the formation of a vaporized sodium and molten material bubble and its subsequent expansion.After conducting detailed state of art of the different phenomena involved in the expansion phase, dimensional analysis of the physical processes is performed in order to identify the important ones. Based on this analysis, a model is developed and integrated into a tool, aiming at determining and prioritising the total phenomenon contributions to mechanical loadings on SFR vessel depending on the studied severe accident scenario. A validation step of the tool is then realised in two parts; Separate effect tests and global tests, using experimental results and calculation results obtained with other validated tools. Finally, preconceptual parametrical studies are performed to quantify the results variability due to modelling, scenarios and physical data uncertainties

Dans le cadre de l'inspection ultrasonore des réacteurs au sodium, l’objectif est d’étudier les conditions d’apparition d’un très mauvais couplage acoustique du traducteur avec le sodium liquide. Le non mouillage de la surface du traducteur par le sodium peut provoquer le piégeage de poches de gaz dans la rugosité. Une première analyse quasi-statique permet d'étudier la stabilité de ces poches de gaz vis-à-vis de la température, de la pression hydrostatique, du niveau de saturation en gaz dissous dans le liquide. Afin de mener une étude paramétrique en fonction de la taille et la fraction surfacique des poches de gaz, plusieurs échantillons sont réalisés. Une expérience ultrasonore en eau, utilisant différentes fréquences, permet de mesurer la transmission à travers ces échantillons. Parallèlement, divers modèles décrivant la configuration expérimentale sont proposés, le dernier étant basé sur une description du comportement dynamique d’une poche de gaz de géométrie simple. La comparaison des résultats expérimentaux et analytiques (du dernier modèle) montrent une évolution similaire de la transmission en fonction des différents paramètres
Under the ultrasonic inspection of the fourth generation of sodium cooled reactors, the goal is to study the conditions for the appearance of a very bad acoustic coupling of the transducer with liquid sodium. Under certain conditions, the non wetting of the surface of the transducer by sodium causes trapping gas pockets in the roughness. A first quasi-static analysis based on the crevice model allows to study the dependence of the stability of these gas pockets on the temperature, the hydrostatic pressure, and the level of dissolved gas saturation of the liquid. In order to develop a parametric study based on the size and gas surface fraction, several samples are made. An ultrasonic experiment using various frequencies can measure the transmission through these samples. Meanwhile, three different models describing the experimental setup are proposed, the latter being based on a description of the dynamic behaviour of a simple gas pocket geometry. The comparison of experimental and analytical results (of the last model) show a similar pattern of the dependence of the transmission on the various parameters

Dans le cadre de l'inspection ultrasonore des réacteurs au sodium, l'objectif est d'étudier les conditions d'apparition d'un très mauvais couplage acoustique du traducteur avec le sodium liquide. Le non mouillage de la surface du traducteur par le sodium peut provoquer le piégeage de poches de gaz dans la rugosité. Une première analyse quasi-statique permet d'étudier la stabilité de ces poches de gaz vis-à-vis de la température, de la pression hydrostatique, du niveau de saturation en gaz dissous dans le liquide. Afin de mener une étude paramétrique en fonction de la taille et la fraction surfacique des poches de gaz, plusieurs échantillons sont réalisés. Une expérience ultrasonore en eau, utilisant différentes fréquences, permet de mesurer la transmission à travers ces échantillons. Parallèlement, divers modèles décrivant la configuration expérimentale sont proposés, le dernier étant basé sur une description du comportement dynamique d'une poche de gaz de géométrie simple. La comparaison des résultats expérimentaux et analytiques (du dernier modèle) montrent une évolution similaire de la transmission en fonction des différents paramètres.