Systèmes de vidange et core catcher

Système de vidange normal

Un système de vidange normal est prévu pour vidanger le sel dans des réservoirs de stockage pendant les opérations de maintenance. Les conduites permettant la vidange normale sont placés sur les bords de la cuve réacteur tel que représenté en figure 1.7 (en haut à gauche). La procédure de vidange normale est en cours de définition. La vidange n’ayant pas besoin d’être rapide, un temps d’attente avec le sel combustible en cœur peut être prévu. Pendant cette période, la puissance résiduelle du combustible diminue. Elle est donc plus faible au moment de la vidange ce qui permet d’alléger les contraintes de design sur les réservoirs de stockage. Dans le design défini au début du projet SAMOFAR, les réservoirs de stockage sont situés à l’intérieur de l’enceinte réacteur, en périphérie de l’enceinte cœur. Une autre option est à l’étude dans laquelle les réservoirs sont situés dans une enceinte de stockage spécifique, différente de l’enceinte réacteur. Cette option de design est présentée au chapitre 6. Comme pour le sel combustible, des réservoirs de stockage sont envisagés pour le sel fertile et pour le sel intermédiaire.

Système de vidange d’urgence

Le système de vidange d’urgence ou Emergency Draining System (EDS) est un système

de sûreté permettant de vidanger le sel combustible en cas d’accident. La vidange s’effectue

vers le réservoir de vidange d’urgence ouEmergency Draining Tank (EDT) qui est destiné à

confiner le sel combustible, garantir une configuration sous-critique et assurer l’évacuation de la puissance résiduelle à la fois sur les temps courts, lorsque la puissance résiduelle est encore importante (la puissance résiduelle associée au combustible vaut 3,8% de la puissance nomi-nale du réacteur une seconde après l’arrêt de la réaction en chaîne [40]), et sur les temps longs. Un fonctionnement de l’EDS basé au maximum sur des phénomènes passifs est recherché afin d’assurer la robustesse de ce système de sûreté qui doit être fiable, utilisable même en cas de scénario accidentel impliquant la défaillance de tous les systèmes électriques et garantir le confinement et le refroidissement du sel sur une longue période sans intervention humaine.

1.3. CONFIGURATION DE RÉFÉRENCE DU RÉACTEUR À SELS FONDUS MSFR

Une vue générale de l’EDS est représentée sur la figure 1.9.

Figure 1.9 – Représentation schématique du système de vidange - coupe verticale

La vidange peut être déclenchée de manière active par les opérateurs ou de manière passive grâce à des systèmes sensibles à une température du combustible trop élevée ou une perte de l’alimentation électrique. Les systèmes de déclenchement doivent être fiables et redondants car la vidange doit être efficace en cas d’urgence mais les vidanges intempestives doivent être évi-tées. Pour cela, des dispositifs de vidange basés sur des principes de fonctionnement différents sont utilisés. Parmi ces systèmes, le «bouchon froid» est à l’étude dans le projet SAMOFAR. Il est constitué de sel combustible maintenu activement à l’état solide qui fond lors d’une perte d’alimentation électrique de durée significative ou de l’atteinte d’une température trop élevée. Le système de vidange d’urgence est placé sous l’enceinte cœur. Les ouvertures de vidange sont situées dans la partie inférieure de la cuve cœur et traversent le réflecteur inférieur. Le «système de transfert» mène le sel s’écoulant par ces ouvertures vers l’EDT. Comme repré-senté sur la figure 1.9, il se compose du «collecteur», système de forme conique collectant le combustible, et du «conduit de vidange», conduit cylindrique et vertical situé dans la partie basse du collecteur et conduisant le sel vers l’EDT. L’écoulement du sel par les ouvertures de vidange et dans le système de transfert est gravitaire et donc entièrement passif.

L’EDT, représenté sur la figure 1.10, est constitué d’une large cuve hexagonale dans la-quelle des barres de refroidissement sont disposées. Le sel combustible vient se placer à l’in-terstice entre les barres de refroidissement. Leur partie centrale sert à la circulation du fluide de refroidissement. Ce dernier doit être sélectionné (eau, gaz inerte, etc.). Dans un premier temps, l’eau a été choisie afin de réaliser des calculs de design préliminaires. L’influence de ce choix sur la sûreté sera discutée dans les chapitres suivants. Il est souhaitable que le circuit de refroidissement de l’EDS fonctionne grâce à la convection naturelle du fluide de refroi-dissement de manière à ce que l’évacuation de la chaleur résiduelle du combustible repose

Figure ^{1.10 – Schématisation de l’EDT, composé d’une cuve hexagonale en bleu (en bas à}

gauche) contenant le combustible en rouge et les barres de refroidissement (à droite et en haut à gauche)

uniquement sur des phénomènes passifs. Dans la partie externe des barres de refroidissement se trouve une couche de sel inerte séparée du sel et du fluide de refroidissement par des parois métalliques. Les sels envisagés pour le sel inerte sont les mêmes que ceux proposés pour le sel intermédiaire, soit :

— le fluorure de lithium (FLiNaK) dont les propriétés sont listées dans le tableau 1.7 ;

— le fluoroborate de sodium (NaFNaBF₄) dont les propriétés sont listées dans le tableau

1.8 ;

— le LiF-ZrF₄ dont les propriétés sont listées dans le tableau 1.9 ;

— le FLiBe dont les propriétés sont listées dans le tableau 1.10.

Au centre de la cuve se trouve un bloc compact avec un distributeur de sel à son sommet. Il permet de distribuer le sel provenant du conduit de vidange entre les barres de refroi-dissement. La position des barres de refroidissement adjacentes à ce bloc est ajustée pour qu’elles soient à son contact et que le sel ne puisse pas s’intercaler entre le bloc et les barres. Il en va de même entre les barres de refroidissement périphériques et la paroi de la cuve. De cette manière, le bloc central et les parois externes de la cuve n’ont pas besoin d’être refroidis. En plus d’une connexion pour le sel, une connexion pour la circulation des gaz existe entre l’EDS et le circuit combustible. Elle permet de vidanger rapidement le sel en renvoyant le gaz contenu dans l’EDS vers le haut du cœur et évite l’augmentation de la pression dans l’EDS pendant la vidange. Enfin, la vidange d’urgence du sel est prévue pour être réversible et le cœur peut être rerempli avec le sel contenu dans l’EDT. Le système permettant ce transfert doit encore être défini.

1.3. CONFIGURATION DE RÉFÉRENCE DU RÉACTEUR À SELS FONDUS MSFR

Core catcher

En dessous de l’EDS, dans la partie inférieure de l’enceinte réacteur, un dispositif est envisagé pour collecter, en cas de défaillance de l’EDS, le sel combustible et éventuellement les autres fluides pouvant y être mélangés (sel intermédiaire, sel fertile, etc.) ainsi que des éléments de structure endommagés/fondus. Le principe consiste à laisser le sel s’étaler sur une grande surface. Grâce à la faible épaisseur ainsi obtenue, l’évacuation de la chaleur serait possible uniquement par diffusion thermique dans les structures et par convection avec le gaz se trouvant dans l’enceinte réacteur. Du sel inerte, éventuellement mélangé à un poison neutronique tel que le bore, pourrait également y être placé à l’avance afin qu’il se mélange avec le combustible et contribue à son refroidissement ainsi qu’à la sous-criticité du système. Le

nom de «core catcher» est utilisé à titre provisoire pour la similitude de sa fonction avec lecore

catcher de l’EPR. Son principe de fonctionnement doit être étudié et son dimensionnement

doit être effectué. L’utilisation ducore catcher implique une perte d’investissement puisque

le sel s’y trouvant n’est pas récupérable.