L’objectif de ce paragraphe 4.2 est de mettre en lumière la variabilité du transitoire de référence présenté dans le paragraphe 4.1 en fonction de quelques paramètres d’entrée. En l’occurrence,
4.2 Etude paramétrique du transitoire ULOF-PP
l’impact du cycle d’irradiation est étudié dans le paragraphe 4.2.1 et celui des différentes contre-réactions neutroniques est traité dans le paragraphe 4.2.2.
4.2.1 Etude paramétrique sur le cycle d’irradiation du cœur
Cette première étude paramétrique vise à évaluer l’impact du cycle d’irradiation du cœur sur le transitoire étudié dans le paragraphe 4.2. A cette fin, ce transitoire caractérisé par un temps de demi-débit de 9 s est simulé pour différents cycles d’irradiation :
– début de vie (i.e. avec du combustible neuf, il s’agit du transitoire de référence présenté en 4.2) ;
– début de cycle d’irradiation ; – fin de cycle d’irradiation. Le cycle d’irradiation impacte :
– le coefficient d’échange global entre la pastille et la gaine, qui est pris constant et égal à la valeur considérée dans SIMMER-III (5673 W/(m2.K)) pour un cœur en début de vie, et
qui varie comme indiqué dans le tableau 2.1 pour un cœur en début et en fin de cycle ; – le profil axial de puissance dans chaque assemblage, qui varie comme illustré sur la figure
4.20 sur l’exemple de la puissance moyenne des assemblages regroupés la dérivation n˚1. Cette distribution de puissance est la même en début de vie et en début de cycle. En fin de cycle par contre, la part de puissance produite dans les zones fertiles du cœur augmente vis-à-vis de celle qui est produite dans les zones fissiles ;
– la nappe radiale de puissance dans le cœur, qui varie comme indiqué dans le tableau 4.3. En début de cycle, la nappe de puissance dans le cœur est relativement plate bien que présentant un maximum local dans la première dérivation du cœur externe. En fin de cycle par contre, la part de puissance produite dans le cœur externe diminue considérablement. La majeure partie de la puissance produite dans le cœur est alors issue du cœur interne. Le maximum local de puissance est cette fois localisé dans la troisième dérivation.
Tableau 4.3 – Puissance moyenne d’un assemblage dans chaque couronne pour le cœur CFV-V3 en début et en fin de cycle (en M W/ass)
Résultats de la sensibilité au cycle d’irradiation
Les évolutions de puissance simulées par MACARENa dans les trois cas sont présentées sur la figure 4.21. Il apparaît de manière générale que :
Figure 4.20 – Distributions axiales de puissance moyenne (normalisée) dans la première couronne du cœur CFV-V3 en début et en fin de cycle
– le déroulement du transitoire pour un cœur en début de vie et en début de cycle est très similaire, bien que la séquence d’évènements soit avancée de quelques secondes pour le début de cycle ;
– la phénoménologie du transitoire diffère pour un cœur en fin de cycle.
Phénoménologie observée en fin de cycle d’irradiation
Les niveaux de puissance des assemblages du cœur interne en fin cycle (cf. tableau 4.3) sont tels que l’ébullition y apparaît très tôt vis-à-vis du transitoire de référence, dès t = 31.6 s dans la dérivation n˚3. A t = 31.9 s, les plénums des 4 dérivations centrales sont déjà vidangés, ce qui conduit à une insertion d’antiréactivité de −0.35 $ dans le cœur. La puissance totale, qui est de 80 % de la puissance nominale au début de l’ébullition, diminue ainsi jusqu’à 55 % de la puissance nominale. Ce niveau de puissance très élevé ne permet pas de maintenir l’ébullition au sommet des colonnes fissiles supérieures. Des excursions de débit très rapides se produisent en même temps dans ces dérivations du cœur interne. Le dénoyage de ces faisceaux d’aiguilles (zones à effet de vide positif) insère une réactivité de l’ordre de +1 $ dans le cœur, ce qui élève la puissance à 1.4 fois la puissance nominale dès t = 38 s. Ce même niveau de puissance ne sera atteint qu’au bout de 58 s pour un cœur en début de cycle.
Dès t = 40.8 s, les premiers mouvements axiaux de gaines dans la dérivation n˚2 perturbent l’évolution de la puissance, rapidement suivis des mêmes mouvements dans les dérivations n˚3 et 4. Comme c’était déjà le cas après l’excursion de puissance du transitoire de référence, l’arrivée massive d’acier liquide au sommet des colonnes fissiles supérieures de ces trois dérivations insère une antiréactivité importante, qui conduit rapidement à l’annulation de la puissance du cœur.
4.2 Etude paramétrique du transitoire ULOF-PP
Figure 4.21 – Evolutions temporelles de la puissance totale simulées par MACARENa pour un cœur en début de vie, en début de cycle et en fin de cycle
Une autre distinction importante entre ces calculs en fin et en début de cycle concerne l’état dégradé final du cœur. Comme on peut le voir sur la figure 4.22 :
– pour le transitoire de référence (début de vie), la dégradation du cœur débute dans le cœur externe (dérivation n˚9) puis se propage à tout le cœur sous l’effet d’une augmentation de la puissance du cœur après 65 s de transitoire (cf. figure 4.18). Pour le transitoire calculé en fin de cycle d’irradiation, la dégradation débute dans le cœur interne et ne se propage pas dans le cœur externe. A l’état final, seule une partie du cœur interne est donc dégradé ; – pour le transitoire de référence, le niveau de puissance produite dans les zones fertiles est suffisamment faible pour que la plaque fertile médiane du cœur interne reste intacte jusqu’à la fin du transitoire. Deux bains fondus distincts (correspondant aux zones fissile inférieure et fissile supérieure) existent donc dans les dérivations du cœur interne. Pour un transitoire en fin de cycle d’irradiation, étant donné le plus haut niveau de puissance produite dans les zones fertiles, les gaines de la plaque fertile médiane fondent aussi. Un seul bain fondu d’une hauteur de 30 cm environ, regroupant l’acier des zones fissile supérieure, fissile inférieure et fertile médiane, est donc présent dans les dérivations n˚2, 3 et 4.
Selon le cycle d’irradiation du cœur, la phénoménologie observée durant le transitoire dif-fère donc considérablement. Une seconde étude paramétrique concernant l’influence des contre-réactions neutroniques sur le déroulement du transitoire est présentée dans le paragraphe 4.2.2.
4.2.2 Etude paramétrique sur les contre-réactions neutroniques
Le logiciel de calculs d’accidents graves SIMMER-III ne modélise ni les contre-réactions neutroniques liées à la dilatation des solides dans le cœur (comubstible, gaine et TH), ni les effets neutroniques systèmes (effet sommier et effet CCB). Ce paragraphe vise à étudier l’influence que pourraient avoir ces contre-réactions sur le transitoire de référence présenté dans le paragraphe 4.2. A cette fin, les cas suivants, incluant différents effets neutroniques, sont étudiés :
Figure 4.22 – Comparaison entre les états dégradés obtenus en fin d’ULOF-PP en début de vie et en fin de cycle avec MACARENa
– simulation n˚1 : contre-réactions neutroniques considérées dans SIMMER-III (contre-réactions Doppler, de dilatation/vidange du sodium et de déplacement des matières fondues seule-ment). Il s’agit du transitoire de référence présenté dans le paragraphe 4.2 ;
– simulation n˚2 : contre-réactions de dilatation des solides (gaine, combustible et TH) en plus de celles de la simulation n˚1 ;
– simulation n˚3 : contre-réactions neutroniques liées aux effets systèmes (effet sommier et effet CCB) en plus de celles de la simulation n˚2. Ceci correspond à l’ensemble des contre-réactions simulées par le code CATHARE2.
Évolutions temporelles des contre-réactions neutroniques
Les évolutions temporelles des contre-réactions neutroniques sont données pour le début de chaque transitoire sur la figure 4.23. Cette figure souligne que :
– l’apport global en réactivité lié à la dilatation des solides est négatif (cf. simulation n˚2). En effet, les apports positifs en réactivité liés à la dilatation des gaines et des TH (qui valent respectivement 0.04 $ et 0.01 $ au bout de 40 s) sont inférieurs en valeur absolue à l’insertion d’antiréactivité liée à la dilatation du combustible (qui vaut −0.16 $ au même instant) ;
– puisque la température du sodium à l’entrée du cœur est constante pendant le transitoire, l’insertion de réactivité liée à l’effet sommier est nulle (cf. simulation n˚3) ;
– l’effet CCB a un impact non négligeable sur cette première partie du transitoire, puisqu’il insère une antiréactivité de l’ordre de −0.07 $ au bout de 40 s de transitoire.
Évolutions temporelles de la puissance
Les évolutions de puissance sont données pour les trois simulations sur la figure 4.24. Confor-mément à ce qui peut être déduit des évolutions des contre-réactions neutroniques de la figure 4.23, la prise en compte des contre-réactions liées à la dilatation des solides d’une part et à l’effet CCB d’autre part accélère la décroissance de puissance pour la première partie du transitoire, avant l’ébullition. Ces différences d’évolution ont des conséquences importantes sur la suite du transitoire, résumées dans le tableau 4.4.
4.2 Etude paramétrique du transitoire ULOF-PP
Figure 4.23 – Evolutions temporelles des différents apports en réactivité pour le début de chaque transitoire simulé MACARENa
Figure 4.24 – Evolution temporelle de la puissance totale simulée par MACARENa pour différentes prises en compte des contre-réactions neutroniques
Tableau 4.4 – Impact de la prise en compte des différentes contre-réactions neutroniques sur le premier instant d’ébullition, la puissance à cet instant, et sur le premier instant de fusion des gaines