ATTILHA : un nouvel outil pour l'acquisition de données thermodynamiques à haute température

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HAL Id: hal-02442245

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Submitted on 16 Jan 2020

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ATTILHA : un nouvel outil pour l’acquisition de données thermodynamiques à haute température

A. Quaini, S. Gossé, C. Guéneau, T. Alpettaz, L. Lizon a Lugrin

To cite this version:

A. Quaini, S. Gossé, C. Guéneau, T. Alpettaz, L. Lizon a Lugrin. ATTILHA : un nouvel outil pour l’acquisition de données thermodynamiques à haute température. GDR TherMatHT - Thermody-namique des Matériaux à Haute Température, May 2016, Odeillo, France. �hal-02442245�

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ATTILHA : un nouvel outil

pour l'acquisition de données

thermodynamiques à haute

température

A. Quaini S. Gossé C. Guéneau T. Alpettaz E. Lizon a Lugrin

Den-Service de la Corrosion et du Comportement des Matériaux dans leur Environnement (SCCME), CEA, Université Paris-Saclay

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SOMMAIRE

Contexte

Objectif

Montage expérimental ATTILHA

Résultats

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CONTEXTE – ACCIDENT GRAVE DANS UN REP

PWR cross section

Accident grave (AG): le fonctionnement normal du réacteur n ’est par rétabli

Fusion du cœur et des structures internes

 Interaction MOx + Zircaloy + aciers + B₄C + PF

U(Pu)-Zr-O-Fe-Cr-Ni-Ag-Cd-In-B-C-PF  corium en cuve

Upper grid damage

Coating of previously molten material on bypass region interior surfaces

Hole in baffle plate

Ablated in-core instrument guide Cavity Loose core debris Previously molten material Lower plenum debris Possible region depleted in U Crust TMI-2

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OBJECTIF

- ATD - Traitements thermiques - … Corium Littérature Calculs thermodynamiques Développent d’ATTILHA Données exp Interprétation Modélisation TAF-ID CALPHAD

Données expérimentales à très haute températures (T > 2300 K) sont rares

Systèmes contenant U (et plus généralement des actinides) Fortes interactions échantillon/creuset

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MONTAGE EXPÉRIMENTAL ATTILHA

Advanced Temperature and Thermodynamics Investigation by a Laser Heating Approach

Développement d’un montage polyvalent

ATTILHA

Lévitation aérodynamique

Mesures en auto-creuset

Données expérimentales à très haute température (T > 2300 K) sur des systèmes complexes (par ex. corium)

Données de diagramme de phase (liquidus, solidus, invariants) Propriétés radiatives (émissivité)

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MONTAGE EXPÉRIMENTAL

instrumentation

Laser CO₂ Coherent® _{Diamond K, 250 W}

Moyen de chauffage des échantillons

Caméra thermique IR FLIR® _SC7500

320x256 pixels 5-300 Hz

Objectifs 50mm et G1 (macro)

Images thermiques des échantillons

Etalonnages délivrés par FLIR®

Détecteur infrarouge HgCdTe Hamamatsu P5274-01

Réponse spectrale: 2-22 µm

Refroidi à 77 K (N₂ liquide)

Pyromètre bi-chromatique IMPAC ISR 12-LO

λ₁=0.8 µm, λ₂=1.05 µm

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ATTILHA

CONFIGURATION « LÉVITATION AÉRODYNAMIQUE »

Échantillon d’Al₂O₃ en lévitation dans la buse d’Al

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ATTILHA

CONFIGURATION « LÉVITATION AÉRODYNAMIQUE »

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ATTILHA

CONFIGURATION « AUTO-CREUSET EN URANIUM»

2 mm Camera infrarouge Dé tecteu r HGCdT e Pyromètre Faisceau laser

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ATTILHA

CONFIGURATION « AUTO-CREUSET »

Tache laser

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DÉVELOPPEMENT

 Optimisation de la position des instruments sur la table optique

Laser CO₂ – détecteur HgCdTe – caméra infrarouge – pyromètre bi-chromatique

 Etalonnage à 10 µm et 12.2 µm

 Points de Christiansen Al₂O₃: 10 µm; ZrO₂: 12.7 µm

 Analyse d’erreur (collaboration avec l’Institut de Mathématiques de Toulouse)

5,0x107 1,0x108 1,5x108 2,0x108 2,5x108 3,0x108 3,5x108 500 1000 1500 2000 2500 3000 1373 K 1273 K 1173 K 873 K Voltag e / mV Radiance @ 12,2 m / W sr-1 m-3 V=8,90839x10-6 L-73,45 673 K @ 10 µm @ 12,2 µm

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DÉVELOPPEMENT

 Vérification des étalonnages en usine FLIR sur une cavité corps noir

 Estimation de l’émissivité par un programme de traitement d’image en

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 Validation du montage expérimental  Al₂O₃ (T=2323±25 K) 10,0 12,5 15,0 17,5 20,0 22,5 25,0 1,0 1,5 2,0 2,5 HgCdT e sig na l / V time / s 1800 2000 2200 2400 2600 1,47 V T / K 2323 K 4 cycles chauffage/refroidissement

DÉVELOPPEMENT

Py

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RÉSULTATS: Al

₂

O

₃

-ZrO

₂ 0,0 1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 9,0 10,5 12,0 13,5 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500 2600 2700 2250 K T / K time / s T_bi-chromatic pyrometer T_MCT

89 mol% Al₂O₃ - 11 mol% ZrO₂

2173 K

T_liquidus + T_eutectique  bon accord avec la littérature

Composition eutectique  bon accord avec la littérature

liquidus

eutectique

A89Z11 A45Z55

Eutectique Dendrites Eutectique Dendrites

at% Al 31.0 40.0 30.0 2.0

at% Zr 7.0 / 7.0 34.0

at% O 62.0 60.0 63.0 64.0

A89Z11

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LACUNE DE MISCIBILITÉ DANS LE SYSTÈME Fe-Zr-O

T=3073 K

Composition initiale : Fe_0.85Zr_0.15

La composition finale évolue dans le système Fe-Zr-Conode: Fe_0.97O_0.03 – Fe_0.05Zr_0.32O_0.63

Gaz: He

O

 Formation de 2 liquides in-situ Caméra infrarouge

Acquisition 200 Hz Video player 12.5 Hz

Digital level

Évaluation du rapport des

émissivités des deux liquides @ 4µm

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LACUNE DE MISCIBILITÉ DANS LE SYSTÈME Fe-Zr-O

T=3073 K

Composition initiale : Fe_0.85Zr_0.15

La composition finale évolue dans le système Fe-Zr-Conode: Fe_0.97O_0.03 – Fe_0.05Zr_0.32O_0.63

Gaz: He

O

 Formation de 2 liquides in-situ Caméra infrarouge

Acquisition 200 Hz Video player 12.5 Hz

Digital level

Évaluation du rapport des

émissivités des deux liquides @ 4µm

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CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

Validation du montage sur Al₂O₃

Caméra visible ultra rapide (5 kHz)  mesures de densité et de tension de surface

Perspectives

Essais de lévitation aérodynamique sur Al₂O₃-ZrO₂

Essais de lévitation aérodynamique sur le système Fe-Zr-O  Observation in-situ

de la formation d’une lacune de miscibilité à l’état liquide

Calcul rigoureux de la propagation des erreurs (collaboration IMT Toulouse)

Nucléarisation du montage  Boite de confinement OK

 Systèmes chimiques contenant U: au cours de 2016 Programme Python pour l’estimation de l’émissivité (collaboration IMT Toulouse)

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GDR TherMatHT & SAM | 2-4 Mai 2016

Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives

Centre de Saclay| 91191 Gif-sur-Yvette Cedex

T. +33 (0)1 69 08 21 70|F. +33 (0)1 69 08 92 21

Direction de l’Energie Nucléaire Département de Physico-Chimie SCCME

Laboratoire de Modélisation