4.4 Étude de transitoires incidentels et accidentels
4.4.4 Perte de l’extraction de chaleur
Les évènements de la famille « perte de l’extraction de chaleur » impactent directement la deuxième fonction de sûreté : évacuation de la puissance. Leur étude est très importante dans la démonstration de sûreté du réacteur. Deux transitoires de perte de l’extraction de chaleur sont présentés ici. Dans les deux cas, la puissance extraite est réduite linéairement en 1s de 100% à 0% de la puissance nominale. Ces transitoires constituent des cas enveloppe de par la rapidité de la baisse d’extraction de chaleur imposée et l’annulation de toute évacuation de chaleur après une seconde. Cette hypothèse revient à considérer le système comme adia-batique et à négliger, par exemple, la conduction à travers les parois du circuit combustible dont la température est contrôlée grâce au système de refroidissement des parois.
Le premier cas étudié est une perte de l’extraction de puissance au niveau de l’échangeur entre les circuits combustible et intermédiaire ; il est réalisé avec le mode P1. Ce transitoire peut être associé à l’évènement initiateur « perte complète du sel intermédiaire ». Cet évè-nement a été classé au chapitre 2 dans la catégorie des évèévè-nements limitants. Sa probabilité d’occurrence est donc extrêmement faible. Les résultats du transitoire sont présentés en figure 4.11.
La perte de puissance extraite entraîne l’arrivée en cœur, après un délai d’environ une seconde, de sel combustible non refroidi. Celui-ci conduit à la baisse de la réactivité et à l’extinction de la réaction en chaîne visible sur le premier graphique en partant du haut. Le second graphique présente l’évolution de la puissance extraite (qui est imposée), neutronique, résiduelle et totale produite. La puissance totale produite rassemble à la fois la puissance neutronique et la puissance résiduelle. En début de transitoire, la puissance produite dans le combustible est dominée par la puissance neutronique. L’arrêt de la réaction en chaîne conduit à une extinction de la puissance de fission ; celle-ci est progressive en raison des fissions dues aux neutrons retardés qui jouent un rôle important en début de transitoire. Un peu moins de 29 secondes après le début du transitoire, la puissance neutronique devient inférieure à la puissance résiduelle ; la puissance totale produite est alors dominée par le terme de puissance résiduelle. La puissance produite dans le circuit combustible étant supérieure à la puissance extraite, la température du combustible, présentée sur le dernier graphique, augmente. Son accroissement est rapide en raison des fissions produites par les neutrons retardés, unique-ment en début de transitoire, et de la puissance résiduelle, sur toute la durée du transitoire. La température de 1373 K, correspondant au critère de sûreté défini en sous-section 4.4.1, est dépassée au bout d’environ 12 minutes. Les oscillations visibles sur les graphiques de la réactivité, de la puissance et de la température ont une période de 3,9 s et sont dues à la circulation du combustible. Ces oscillations s’estompent progressivement en raison de l’ho-mogénéisation apportée par le terme d’advection, assurant le transport de la température entre les cellules. Cette homogénéisation correspond à une diffusion numérique. En réalité, il y aurait bien un mélange du sel dû à la turbulence et donc une homogénéisation physique de la température. Toutefois, l’amortissement des oscillations obtenu par le code n’a a priori aucune raison d’avoir la même cinétique que l’amortissement physique.
Figure 4.11 – Réactivité, puissance et température moyenne du combustible en fonction du temps pour un transitoire de perte de l’extraction de chaleur au niveau de l’échangeur combustible-intermédiaire
Le second cas étudié est une perte d’extraction de puissance au niveau de l’échangeur entre le circuit intermédiaire et le circuit de conversion ; il est réalisé avec le mode P2. Il peut être associé à l’évènement initiateur « perte d’extraction de la chaleur au niveau du circuit de conversion ». Cet évènement a été classé au chapitre 2 dans la catégorie des incidents. Les
4.4. ÉTUDE DE TRANSITOIRES INCIDENTELS ET ACCIDENTELS
résultats du transitoire sont présentés en figure 4.12.
Figure 4.12 – Réactivité, puissance et température moyenne du combustible en fonction du temps pour un transitoire de perte de l’extraction de chaleur au niveau de l’échangeur intermédiaire-conversion
Comme pour le transitoire précédent, la perte de l’extraction de chaleur entraîne l’arrivée d’une vague de sel combustible non refroidi en cœur. Toutefois, son influence sur la réacti-vité n’apparaît qu’environ 6 secondes après le début du transitoire. Ce délai correspond à la
somme du temps de transport du sel l’intermédiaire de l’échangeur intermédiaire-conversion vers l’échangeur combustible-intermédiaire (soit environ 5 s) et du temps de transport du sel combustible de l’échangeur combustible-intermédiaire vers le cœur (soit environ 1 s). Le déroulement du transitoire est similaire au précédent mais avec des amplitudes et une ciné-tique différentes. La prise en compte du circuit intermédiaire fournit une plus grande inertie thermique. En effet, le combustible n’atteint 1373 K qu’après un peu plus d’une heure trente de transitoire. Les oscillations dues à la circulation du combustible ne sont pas visibles ici en raison de la lenteur du transitoire et de la dilatation d’échelle. Les oscillations présentes sur les courbes de la réactivité, de la puissance et des températures proviennent de la circulation du sel intermédiaire et ont une période de 10 s. De même que pour les oscillations dues à la circulation du sel combustible, l’amortissement de ces oscillations et l’homogénéisation de la température sont obtenus par diffusion numérique et, bien que le phénomène d’homogénéisa-tion soit physique, la cinétique qui lui ici associée n’est pas représentative de la réalité.
Le risque associé aux évènements de la famille « perte de l’extraction de chaleur » est l’élé-vation de la température du sel combustible et l’atteinte d’une température dommageable pour les composants du circuit. Dans le premier cas, représentatif de l’évènement « perte complète du sel intermédiaire » dont la probabilité d’occurrence est très faible, le critère de température maximale est dépassé après environ 12 minutes. La procédure préconisée est de vidanger le combustible afin de pouvoir le refroidir. La vidange doit donc être terminée avant que cette température ne soit atteinte. Dans le second cas, représentatif de l’évènement « perte d’ex-traction de la chaleur au niveau du circuit de conversion » dont la probabilité est plus grande,
le critère n’est atteint qu’après environ 1h30. Grâce à l’inertie apporter par les 100 m3 de
sel intermédiaire, une plus longue période de grâce est ainsi disponible avant que le critère de sûreté ne soit dépassé et que la vidange soit nécessaire. De plus, l’implémentation dans le design d’un système de refroidissement de secours du sel intermédiaire serait ici bénéfique car il permettrait de conserver le sel combustible en cœur.
Des transitoires de perte de l’extraction de chaleur au niveau de l’échangeur combustible-intermédiaire ont été réalisés en dehors du cadre de cette thèse et sont notamment dispo-nibles dans [40, 113]. La perte d’extraction de chaleur au niveau de l’échangeur intermédiaire-conversion pour le MSFR n’a à la connaissance de l’auteur pas été étudiée avec d’autres codes que PANDAS à ce jour.