Literatura científica selecionada sobre o tema "Lit de débris (génie nucléaire)"

Ce sujet de thèse concerne les accidents graves dans un Réacteur à Neutrons Rapides refroidi au Sodium (RNR-Na). Le terme accident grave désigne les accidents nucléaires avec fusion partielle ou totale du cœur, qui forme un mélange de matériaux fondus appelé corium. De tels accidents se sont produits par le passé dans des réacteurs nucléaires de filières différentes : l'accident de Three Mile Island en 1979 sur un Réacteur à Eau Pressurisée, celui de Tchernobyl en 1986 sur un réacteur de type RBMK, et les accidents de Fukushima en 2011 sur des Réacteurs à Eau Bouillante. Ces catastrophes, bien que rares, sont donc possibles. La probabilité d'occurrence et les conséquences doivent être anticipées et réduites autant que possible. Ces études présentent des enjeux de sûreté nucléaire. Dans l'étude des accidents graves en RNR-Na, une problématique d'importance est celle du refroidissement du corium lorsque celui-ci se trouve sous la forme d'un lit de particules resolidifiées appelé le lit de débris. La majorité des modèles à ce jour traitent ce lit de débris comme un milieu poreux immobile. Or les débris ne sont pas solidaires et sont capables de se mouvoir sous l'influence des écoulements de sodium. On s'intéresse dans cette thèse spécifiquement à l'étude de ces mouvements qui amènent au nivellement du lit de débris initialement conique. On propose un modèle macroscopique théorique d'écoulement multiphasique avec terme source de chaleur et changement de phase comprenant une phase solide particulaire mobile. Ce modèle est ensuite partiellement implémenté puis vérifié, dans la plateforme de calcul en C++ open source OpenFOAM
This thesis concerns severe accidents in a Sodium-cooled Fast Reactor (SFR). The term severe accident refers to nuclear accidents involving partial or total melting of the core, which forms a mixture of molten materials known as corium. Such accidents have occurred in the past in nuclear reactors of different types: the Three Mile Island accident in 1979 involving a Pressurised Water Reactor, the Chernobyl accident in 1986 involving an RBMK-type reactor, and the Fukushima accidents in 2011 involving Boiling Water Reactors. Although rare, these disasters are possible. The probability of occurrence and the consequences must be anticipated and reduced as far as possible. These studies present nuclear safety issues. In the study of severe accidents in nuclear reactors, a major problem is the cooling of the corium when it is in the form of bed of resolidified particles called the debris bed. The majority of models treat this debris bed as an immobile porous medium. But these debris are not bonded and they are able to move under the influence of sodium flows. This thesis focuses specifically on the study of these movements, which lead to the self-leveling of the initially conical debris bed. A theoretical macroscopic multiphase flow model with heat source term and phase change including a mobile particulate solid phase is proposed. This model is then partially implemented in the OpenFOAM open source C++ computational platform and verified

Ce travail de thèse porte sur l’étude des pertes de pression pour des écoulements monophasiques et diphasiques inertiels au travers de milieux poreux. Son objectif est d’aider à la compréhension et à la modélisation des transferts de quantité de mouvement à l’intérieur de lits de particules, en lien avec la problématique de la gestion d’un accident grave dans un réacteur nucléaire. En effet, lors d’un tel accident, la dégradation du coeur du réacteur peut amener celui-ci à s’effondrer pour former un lit de débris, que l’on peut assimiler à un milieu poreux à haute température et dégageant de la chaleur. Ce travail de thèse s’inscrit dans un projet de recherche en sûreté nucléaire visant à prédire la refroidissabilité d’un lit de débris par injection d’eau, ou « renoyage ». Une étude expérimentale des pertes de pression pour des écoulements monodimensionnels monophasiques et diphasiques à froid est proposée dans des situations représentatives du cas réacteur, en termes de granulométrie, de formes de particules et de vitesses d’écoulement. Les expériences réalisées apportent un complément important aux données existantes, en permettant notamment d’explorer les domaines d’écoulements diphasiques avec nombres de Reynolds liquides non nuls, tout en mesurant le taux de vide, ce qui est essentiel pour une modélisation. Des modèles prédictifs pour les pertes de pression à l’intérieur d’écoulements monophasiques et diphasiques au travers de lits de particules sont établis à partir des structures d’équations obtenues par une prise de moyenne volumique des équations de conservation locales. L’observation des écoulements monophasiques montrent que des lois de type Darcy-Forchheimer avec une correction quadratique en vitesse de filtration sont à même de prédire les pertes de pression avec une précision supérieure à 10%. Une étude numérique a montré que ce résultat est applicable pour un lit désordonné de particules peu rugueuses. L’étude des écoulements diphasiques montre qu’une structure d’équations de type Darcy-Forchheimer généralisée, incluant des termes supplémentaires pour prendre en compte les effets inertiels et les frottements interfaciaux, permet de reproduire le comportement des pertes de pression dans cette situation. Un nouveau modèle est proposé, et comparé aux données expérimentales et aux modèles utilisés dans les codes de simulation des accidents graves
This work deals with single and two-phase flow pressure losses in porous media. The aim is to improve understanding and modeling of momentum transfer inside particle beds, in relation with nuclear safety issues concerning the reflooding of debris beds during severe nuclear accidents. Indeed, the degradation of the core during such accidents can lead to the collapse of the fuel assemblies, and to the formation of a debris bed, which can be described as a hot porous medium. This thesis is included in a nuclear safety research project on coolability of debris beds during reflooding sequences. An experimental study of single and two-phase cold-flow pressure losses in particle beds is proposed. The geometrical characteristics of the debris and the hydrodynamic conditions are representative of the real case, in terms of granulometry, particle shapes, and flow velocities. The new data constitute an important contribution. In particular, they contain pressure losses and void fraction measurements in two-phase air-water flows with non-zero liquid Reynolds numbers, which did not exist before. Predictive models for pressure losses in single and two-phase flow through particle beds have been established from experimental data. Their structures are based on macroscopic equations obtained from the volume averaging of local conservation equations. Single-phase flow pressure losses can be described by a Darcy-Forchheimer law with a quadratic correction, in terms of filtration velocity, with a better-than-10 % precision. Numerical study of single-phase flows through porous media shows that this correlation is valid for disordered smooth particle beds. Twophase flow pressure losses are described using a generalized Darcy-Forchheimer structure, involving inertial and cross flow terms. A new model is proposed and compared to the experimental data and to the usual models used in severe accident simulation codes

Lors d'un accident de type APRP (Accident de Perte du Réfrigérant Primaire) survenant dans réacteur nucléaire à eau pressurisé (REP), des débris sont générés et ils peuvent être partiellement transportés jusqu'aux filtres des systèmes de secours RIS-EAS des puisards situés dans le fond de l'enceinte de confinement du réacteur. Ces débris peuvent contribuer au colmatage « physique » des filtres. Un autre effet dit « effet chimique » correspond à l'apport de cations en solution de par la corrosion des débris (fibres d'isolant) et la possible corrosion de surfaces métalliques présentes dans le bâtiment réacteur. Ces cations métalliques peuvent former des précipités au sein du lit fibreux formés et accentuer le colmatage physique. En cas d'accident grave avec fusion du cœur, des charges additionnelles de débris sont à considérer comme la présence de particules formées de matériaux de structure, des barres de commande et de produits de fission et des particules de béton résultant d'un interaction corium-béton. Il a été clairement identifié dans la littérature que ces effets chimiques sont à prendre en compte pour s'assurer de la fonction recirculation sur une longue période. La question de recherche est d'être en mesure de comprendre la nature de ces effets chimiques, les paramètres les conditionnant et leurs ampleurs. Le sujet de thèse porte sur l'étude de ces effets chimiques, pour cela une approche paramétrique sera suivie en couplant plusieurs mesures chimiques et en corrélant ces mesures à une perte de charge. Les mesures chimiques en solution se feront principalement par ICP et la caractérisation des précipités potentiellement formés pourra se faire par des analyses type MEB-EDX, DRX et XPS. La boucle de filtration est à concevoir
During a LOCA accident (Loss Of Coolant Accident) occurring to a nuclear Pressurized Water Reactor (PWR), debris are generated and can be partially transported to the RIS-EAS filter in the sumps located in the bottom of the nuclear reactor containment. These debris can contribute to the « physical » clogging of the filters. Another effect called « chemical effects » corresponds to the presence of cations in solution resulting from the debris' corrosion and the possible corrosion of the metal surface present in the reactor containment vessel. In the case of a severe accident with core fuel meltdown, additional loads debris are to be considered as presence of particles formed of structural materials, control rod material, fission products and concrete particles resulting from corium-concrete interaction. To ensure the long term liquid recirculation functionality, the chemical effect have to be understood: nature of these chemical effects, conditioning parameters and potential effect on the clogging. The thesis aims at studying the chemical effects after designing a dedicated experimental loop: a parametric approach , coupled with several chemical and pressure drop measurements. Chemical speciation in solution and precipitate characterizations will/can be respectively performed by ICP and MEB-EDX, DRX and XPS techniques

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du développement d’un combustible nucléaire faiblement enrichi pour les réacteurs de recherche, constitué de particules d’uranium-molybdène mélangées à une matrice d’aluminium. Dans certaines conditions sous irradiations, les particules d’U(Mo) interagissent avec la matrice d’aluminium, provoquant un gonflement rédhibitoire de la plaque combustible. Pour inhiber ce phénomène, une solution consiste à déposer, à la surface des particules d’U(Mo), une fine couche de silicium, pour créer un effet barrière. Cette thèse a concerné l’étude du procédé de dépôt chimique à partir d’une phase vapeur (CVD) en lit fluidisé à partir de silane pour déposer le silicium sur la poudre d’U(Mo), qui a une densité exceptionnelle de 17,5. Pour atteindre cet objectif, deux axes d’études ont été traités au cours de la thèse : l’étude et l’optimisation de la mise en fluidisation d’une poudre aussi dense, puis celles du procédé de dépôt de silicium. Pour le premier axe, une campagne d’essais a été réalisée sur poudre simulante de tungstène dans différentes colonnes de fluidisation en verre et en acier avec des diamètres internes compris entre 2 et 5 cm, à température ambiante et à haute température (650°C), proche de celle des dépôts. Cette campagne a permis d’identifier des phénomènes d’effets de bord au sein du lit fluidisé, pouvant conduire à des dépôts hétérogènes ou à des prises en masse. Des dimensions de colonnes de fluidisation et des conditions opératoires permettant une fluidisation satisfaisante de la poudre ont pu être identifiées, ouvrant la voie à l’étude du dépôt de silicium. Plusieurs campagnes d’essais de dépôt sur poudre simulante, puis sur poudre U(Mo), ont ensuite été menées dans le cadre du second axe d’étude. L’influence de la température du lit, de la fraction molaire d’entrée en silane dilué dans l’argon, et du débit total de fluidisation, a été étudiée pour différents diamètres de réacteur et pour diverses masses de poudre. Des analyses de caractérisation morphologique et structurale (MEB, DRX...) ont révélé un dépôt de silicium uniforme sur toute la poudre et autour de chaque grain, majoritairement cristallisé et dont l’épaisseur atteint les objectifs visés. Des recommandations précises ont ainsi pu être émises pour optimiser les caractéristiques du dépôt de silicium sur la poudre combustible U(Mo) par le procédé de CVD en lit fluidisé.