International conference on gas reactors Bristol, UK 15 Nov 1982

Saclay, l- 19 Mai 19S2 (J '^/[

ALH/MCR

I n t e r n a t i o n a l conference on gas r e a c t o r s B r i s t o l , UK 15 Nov 1982

CEA-CONF—6580 mationale

Note T e c h n i q u e DiiMT/SYST/LECS/82/029 F . E . 5 0 0 1 . 0 1 . 8 2 4 . 0 5 2

EFFET H I G H E R

DANS LES EMBLEMENTS DE GRAPHITE : EXEMPLE DES REACTEURS G2 ET G3 M. ARTOZ0UL CEA/COGEMA/MARCOULE

M. L'HOMME CEA/DEDR/DEMT/5YST/SACLAY

Les informations contenues dans ce document sont réservées aux destinataires!

nommément désignés. Elles ne peuvent recevoir aucune autre diffusion sans j l'autorisation expresse du Département des Etude:; Mécaniques et Thermiques. |

R E S U M E

Version française du texte présenté à la Conférence

Internationale sur les Réacteurs à gaz (BRISTOL, G.B., Septembre 82).

Ce texte présente les travaux effectués entre 1978 et 1980 par l'équipe COGEMA/CEA chargée d'établir un rapport définissant la faisabilité, l'efficacité et les risques éventuels d'un traitement par recuit nucléaire sur G2 et d'un changement de conditions de fonc­

tionnement sur G3.

I - I N T R O D U C T I O N

Les réacteurs G 2 et G 3, exploités par le Groupe C E . A . sur le Centre de MARCOULE, ont été mis en service industriel respectivement en 1959 et I960. Ce sont des réacteurs du type U.N.G.G. (combustible : Uranium Naturel, modérateur : Graphite, caloporteur : Gaz Carbonique) et ]a relativement basse température du C0„ à l'entrée du coeur (140°C) a exposé tout naturellement une partie de l'empilement de graphite a des dommages par effet WIGNER importants.

Début 1978, la question de la poursuite de l'exploitation d^.s 2 réacteurs (surtout G 2) dans des conditions sûres, s'est posée de façon cruciale, car les mesures effectuées sur les variations dimen- sionnelles montraient qu'il y avait une possibilité, dans un avenir proche, de compression totale des ressorts placés encre l'empilement

et le caisson de béton, assurant le maintien latéral de l'empilement, pour une portion axiale de l'empilement située près de la face d'entrée du gaz

caloporteur dans le coeur.

Après un bref rappel des caractéristiques principales des réacteurs G2 et G3 et des tferures de surveillance pratiquées par l'exploitant, le do- cument que nou.-; présentons décrit les études effectuées par COC-EMA et CEA

entre 78 et 80 sur l'état des empilements.

II - RAPPEL DES CARACTERISTIQUES PRINCIPALES DES REACTEURS G 2 ET G 3

2.1. Géométrie : / 1 / , /~2 /

2.1.1. Kmgilement_de_grap_liite_^voir figure 1 )_

L'empilement de graphite a la forme d'un prisme horizontal de 9,05 m ie longueur- Il est constitué d'un empilement de bôrres prismatiques

s'étendant parallèlement à l'axe horizontal de l'empilement et dont la section est un carré de 20 crn de côté. La longueur des barres est norma-

lement de 1,5 m, mais de nombreuses barres sont plus courtes, par suite du décalage axial systématique réalisé pour éviter les plans de cisail- lement généraux de l'empilement dans le sens vertical. Les barres sont disposées par lits horizontaux (47).

Le coeur actif a la forme d'un prisme octogonal légèrement irrégulier. L'épaisseur du réflecteur radial est partout au moins égale à 1 m. L'épaisseur du réflecteur sur la face avant (face de chargement du combustible et de sortie du gaz chaud) est de 60 cm.

Sur la face arrière (face de déchargement et d'entrée du gaz froid), il y a un vide entre le coeur actif et le mur de graphite de 80 cm d'épaisseur protégeant le caisson de béton précontraint. Ce vide est occupé par les goulottes de déchargement du combustible.

Dans G 2, le graphite utilisé pour construire le coeur actif est proche du graphite anglais "grade A". Dans G 3, ce type de graphite ne constitue que le noyau central du coeur actif (diamètre 4,5 m), le graphite employé dans la partie périphérique provenant d'un coke LOGKPORT imprégné et épuré.

Les canaux pour le combustible sont disposés parallèlement à l'axe horizontal de l'empilement. Chacun d'eux résulte du rapprochement de 2 gorges semi-cylindriques de 7cm de diamètre, creusées par fraisage dans 2 barres sunerposées et décalées pour éviter les plans de cisaillement généraux dans le sens vertical. Les canaux forment un réseau à pas carré de 20 cm. L'ensemble du réseau comprend 1200 canaux.

Chaque canal est chargé normalement de 28 cartouches d'uranii.ra naturel ou appauvri, reposant sur la demi-gorge inférieure par l'inter- médiaire d'ailettes porteuses.

Des canaux verticaux de section rectangulaire (120 x 72 mm) sont ménagés régulièrement dans le coeur pour permettre le passage des 51

barres de contrôle.

2.1.2. Ç3isson_de_béton_grécgntraint (voir figure 2)

Très sçhématiquement, on peut dire que le caisson est constitué d'un cylindre horizontal de 14 m de diamètre intérieur et del8 m de longueur fermé à chaque bout par une coupole hémisphérique tournant sa concavité vers l'extérieur. L'épaisseur du caisson est de 3 m. Il assure la double fonction de protection biologique et de résistance à la pression interne.

A l'époque de la construction, le fait que le caisson soi. t en béton pré- contraint constituait une originalité.

, ./•

2 . 1 . 3 . Organes de c e r c l a g e de 1 ' einpilcment_de g r a p h i t e s u r s e s f a c e s l a t é r a l e s _ e t _ s u p é r i e u r e ( v o i r f i g u r e 2)

Pour a b s o r b e r l e s v a r i a t i o n s d i m e n s i o n n e l l e s ( d i l a t i o n t h e r m i q u e , e f f e t WTGNER) e t m a i n t e n i r l a c o h é s i o n de l ' e m p i l e m e n t de g r a p h i t e , d e s e f f o r t s é l a s t i q u e s s o n t a p p l i q u é s n o r m a l e m e n t à

chacune d e s f a c e s l a t é r a l e s de l ' e m p i l e m e n t , s u r d e s p l a q u e s m é t a l l i q u e s de r é p a r t i t i o n , p a r d e s r e s s o r t s p o r t é s p a r 18 c e i n t u r e s s i t u é e s dans

des p l a n s normaux à l ' a x e h o r i z o a t a l de l ' e m p i l e m e n t e t r é g u l i è r e m e n t e s p a c é e s s u r t o u t e l a l o n g u e u r de l ' e m p i l e m e n t .

Chaque c e i n t u r e e s t formée de 2 p o u t r e s v e r t i c a l e s , de 2 p o u t r e s o b l i q u e s e t d ' u n e p o u t r e h o r i z o n t a l e , a r t i c u l é e s e n t r e e l l e s , de m a n i è r e à épouser l a forme de l ' e m p i l ement. La c o u r s e des r e s s o r t s e s t

r e s p e c t i v e m e n t de 40 mm s u r l e s f a c e s v e r t i c a l e s , 60 mm s u r l e s f a c e s o b l i q u e s , 75 mm s u r l a f a c e h o r i z o n t a l e .

2 . 2 . C o n d i t i o n s de f o n c t i o n n e m e n t

T A B L E A U 1 : CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT

Puissance nominale (Mw) 250 Pression de C0„ (bars) 15 Température d'entrée C0„ (°C) 140 Temperature de sortie C0„ (°C)

(canal) l

de 300 (périphérie) à 400 (centre) Débit C0„ par canal (kg/s) de 0,82 (périphérie) à 1,02 (centre)

I I I - MESURES DE SURVEILLANCE DES EMPILEMENTS DE GRAPHITE

3 . 1 . Mesure de l ' é n e r g i e i n t e r n e accumulée p a r e f f e t WIGNEK

L ' a c c u m u l a t i o n de l ' é n e r g i e WJGNER dans l e g r a p h i t e a é t é s u i v i e d e p u i s l e début du f o n c t i o n n e m e n t des r é a c t e u r s .

Pour ce faire, on a prélevé à la surface des canaux horizontaux des carottes cylindriques (diamètre 17 mm, hauteur 18 m m ) , à chaque arrêt d'entretien des réacteurs. Le nombre d'échantilLons pris à chaque fois est passé d'uno dizaine au début du fonctionnement à une centaine ces dernières années.

Les prélèvements sont réalisés avec une machine à carotter de faible encombrement, travaillant le long du canal à une distance

de 8 à 16 ri de la face de chargement et utilisant des fraises diamantees pour éviter l'échauffement des échantillons.

Une analyse thermique différentielle classique des carottes permet de déterminer la température de seuil, l'énergie emmagasinée et le spectre en fonction de la température entre 20 et 800°C, la chaleur spécifique apparente.

3.2. Mesure des variations dimensionnelles

La mesure des dé ormations de l'empilement de graphite a été prévue dès la conception au moyen de dilatoraetres magnétiques ou potentiometriques.

Ces appareils sont rudimentaires, peu fiables et peu précis et ne peuvent donc fournir qu'une indication de tendance générale. En outre beaucoup sont hors service depuis longtemps.

Entre 1963 et 1971, des mesures de la déformation des canaux horizontaux ont été réalisées par l'exploitant, sur quelques canaux, ii l'aide d'une lunette de visée placée devant la face de chargement et observant une mire lumineuse déplaçable dans le canal. Ces mesures étaient bien sûr pratiquées le réacteur arrêté et dégonflé. Comme aucun repérage par rapport j des points fixes n'était effectué, ces mesures ne pouvaient pas donner une image générale de l'empilement.

A partir de 1971, les mesures de la déformation des canaux hori- zontaux et verticaux ont été réalisées par la Société Française de Stéréotopograph'.e à l'aide d'un thédolite. A chaque arrêt d'entretien, une vingtaine de canaux horizontaux et un canal vertical sont auscultés.

./.

On en déduit la position d'une vingtaine de points de l'axe de chaque canal horizontal par rapport S un canal de référence, constitué par le canal situé au milieu du 1er lit inférieur du coeur actif. Les mesures effectuées dans les canaux verticaux sont beaucoup plus difficiles et se sont révélées en pratique très incertaines.

Fin 1976 a été mise en service une observation par télévision de certains poussoirs de la partie supérieure de l'empilement. Elle consiste 3 introduire un éclairage et une caméra de télévision dans le caisson par l'intermédiaire de 2 puits verticaux d'irradiation non utilisés et spécialement aménagés et à calculer sur l'écran le rapport course résiduelle/diamètre des poussoirs. Le diamètre étant connu, on peut en déduire la course résiduelle des ressorts.

Par suite de l'emplacement des puits verticaux disponibles, seule la 2ieme ceinture, en partant de la face de déchargement, a pu être ainsi observée. Cette observation est réalisée sur le réacteur arrêté et dépres"

surisé.

IV - ANALYSE DE L'ETAT DES EMPILEMENT:; (1978-1980)

Début 1978, vu le résultat des mesures de surveillance, l'exploitant COGEMA a demandé aux autorités du CEA de constituer une équipe

afin d'établir un rapport définissant la faisabilité, l'efficacité et les risques éventuels d'un traitement par recuit nucléaire sur G 2 et d'un changement de conditions de fonctionnement sur G 3.

Un temps important a tout d'abord été consacré à l'analyse

des conditions de fonctionnement des piles G 2 et G 3 et à la compréhension des phénomènes constatés, ceci étant un préliminaire indispensable à

toute recherche de solution.

4.1. Doses VJLGNER accumulées dans les empilements :

Le premier paramètre fondamental pour l'étude des dommages WTGNER subis par le graphite est la dose accumulée, dont nous avons donc calculé la distribution dans le coeur a partir des taux de combustion cumulés dans le combustible.

- () -

La figure 3 indique la répartition radiale relative de la dose WIGNER dans une cellule de graphite et la figure 4 montre la carte de la répartition dans le coeur de la dose WIGNER à la surface des canaux de refroidissement .

Une conclusion évidente : l'état WIGNER dans lequel se trouvent les piles G 2 et G 3 est nettement hors du domaine connu, du point de vue dose (extrapolation nécessaire d'un facteur environ 4 ) .

2

Remarque : L'unité utilisée par les Français est le n/cci 0 FG, qui est identique à ce que J.H.W. SIMMONS appelle "Equivalent Fission Dose

\ ⁿ" (R'f. 3 ) . La correspondance avec l'unité E.ÏJ.N. souvent employée par les Britanniques est la suivante :

n (E.D.N.) - °W ( 0 F G)

W 1,85

Pour clore le sujet des unités, notons tout de suite que, la plupart des résultats britanniques concernant les conséquences de l'effet WIGNER étant issus d'expériences effectuées dans le réacteur DIDO, il

faut transformer les températures iadiquées avant application aux piles G 2 et G 3 (notion de température équivalente . ) .

T A B L E A U 2 : CORRESPONDANCE ENTRE TEMPERATURE DIDO ET TEMPERATURE G 2 ET G 3

T (DIDO) "C T (G 2 - G 3) "C 150

400 650

127 54 5

4.2. Champ de températures dans I P S empilements :

Le 2ivrr,e paramètre fondamental intervenant danr; l'effet

WrCN'ER étant la température, nous avon.; calculé en détail la thermique du ccK'iir, à partir du. s répart it ions d'.¹ puissance rt des rond i. t lo'.r; de fon<:tioune;-i'.'nt. . / .

- ? -

Au cours de cette étude nous avons pu constater une bonne cohérence :

- d'une part, entre les champs de température calculés et les resures effectuées par l'exploitant au moyen des thermocouples placés dans l'empilement (ces thermocouples sont en place depuis le début de la vie des réacteurs et situés au coeur du graphite à mi-distance entre 2 canaux de refroidissement),

- d'autre part, du point de vue conductibilité thermique du graphite irradié, entre les mesures effectuées sur des carottes prélevées dans les canaux, les extrapolations faisables à partir de la littérature

sur l'effet WIGNER et les mesures thermiques effectuées par l'exploitant.

La figure 5 indique la répartition radiale de la température dans une brique de graphite située dans une zone très "wignérisée" du coeur. La figure 6 montre la carte de répartition dans le coeur de la température à la surface des canaux de refroidissement.

4.3. Variations dinensionnelles radiales des empilements : La seule base fondamentale acceptable dont nous avons disposé est la caractérisation effectuée par 1er. Britanniques sur le graphite

"Grade A" (voir Figure 7 ) , qu'il a fallu extrapoler en dose d'un facteur 4 environ pour l'appliquer au cas des piles G 2 et G 3.

L'effet WIGNER étant maximal à la surface des canaux de refroi- dissement, puisque la dose y est maximale et la température minimale, nous donnons sur la Figure 8 la distribution dans le coeur de la variation dimensionnelle que subirait un échantillon de graphite isolé s'il était

soumis aux conditions de dose et de température régnant dans le graphite â la surface des canaux, ceci permettant de bien visualiser la zone de l'empilement la plus touchée par l'etfet WTCN'KR.

La figure 9 donne le résultat d'un calcul de déformation radiale effectué avec un code de mécanique a 2 dimensions sur une brique très

"wignér j sée".

- 8 -

La brique-, initialement carrée, prend la form-.* d'un X. I.a variation dimensionnel le moyenne (A-/I-) est de l'ordre du 7..

Les seules informations expérimentales auxquelles peuvent être comparés valablement les eaLculs sor.t les mesures de déformation des canaux de refroidissement horizontal'.:-: pratiquées depuis 1971 .

Une telle comparaison suppose tout d'abord le calcul de la

déformation d'un grand nombre de briques du coeur, ce qui rend prohibitif;

pour des raisons évidentes de coût, l'emploi d'un code classique de mécanique à 2 dimensions. Nous avons donc tais au point un code de calcul très simplifié, qui nous a permis avec une bonne approximation de calculer les variations dimensionnelles r;oyennes de 560 briques (20 zones radiales x 28 zones axiales). La comparaison suppose ensuite que certaines hypothèses soient faites sur la formation et la répartition des jeux entre briques dans l'empilement. On a supposé que :

- les briques situées sur le diamètre médian du coeur, subissant les déformations maximales, entrainent par frottement, dan:; un déplacement horizontal de même amplitude, les brique.-: de la partie supérieure de l'empilement situées verticalement au-dessus d'elles,

- les ressorts du ceinturage ne sont pas capables de récupérer ces jeux ainsi que les jeux supplémentaires créés à froid par la contraction thermique des briques.

La figure 10 donne la comparaison, pour le canal W 34A de G 2 (situé sur le plan médian vertical du coeur, vers le haut de l'empi- lement), du calcul de déformation ainsi effectué avec le profil mesuré.

Dans la 7.one très wignérisée le calcul surestime le &onfLement d'un facteur presque 2. Cette constatation ne doit pas jeter un discrédit total sur les calculs que nous avons effectués, il faut en effet bien se rendre compte des incertitudes existant sur les mesures et sur les donnée.;

des calculs : par exemple, une simple erreur de I0°C sur le jeu d'iso- thermes reliant les variations dimensionnelles à la dose WIONKR peut suffire à faire varier 1er. résultats de 2^r> 7.

Notre méthode de calcul d-jit donc être appréhendée co.^rte une méthode de compréhension et de corrélation ---i d'extrapolation relative des résultats expérimentaux. La figure II illustre son application à la prédiction de la déformation à froid du contour de l'enpileaent de graphite dans le plan le plus Wignérisé de G 2 en Avril 77. Pour ce calcul, nous avons supposé que l'effet WIGXER est négligeable dans les briques du réflecteur latéral et que les ressorts du ceinturage sont capables de réduire les jeux dans le réflecteur.

Cette méthode nous a permis également de calculer 1'évolution en fonction du temps des marges sur les ressorts, pour différents cas de fonctionnement des réacteurs.

Le tableau 3 donne à titre d'exemple les nan;».:s calculées pour la ceinture la plus sollicitée de- G 2, sous la forne :

M = M

*L *

dt

où M = marge à l ' i n s t a n t t (mm)

M = marge à l ' i n s t a n t t = 0 ( J u i l l e t 79)

t = temps ( j o u r s ) , l ' o r i g i n e é t a n t p r i s e au d é b u t J u i l l e t 7 0 , où l e s c o n d i t i o n s cîe f o n c t i o n n e m e n t des r é a c t e u r s o n t é t é changéo.i :

t ^ O : 250 Mvc' , Mo'c, t > 0 : 230 MwCh, I 6 0 ° c .

. / .

11

1

Ce tableau montre que :

- en Juillet 79, tous les éléments du ceinturage pouvaient être mis en butée (M ^-0) en cas d'accident de dêpressurisation rapide,

- en fonctionnement normal, le 1er élément de ceinturage pouvant venir en butée est la poutre horizontale, à chaud, au temps t = 245 jours, - la 1ère ru5ne susceptible d'intervenir est celle de la poutre horizontale en cas de dépressurisation, au temps t = + 2,5 ans, des calculs de mécanique ayant montré que celle-ci se produit pour une "marge" de - 12,15 mm.

Fin 1979, COGEMA a réussi a examiner, sur G 2 et G 3, les parties horizontales et les parties obliques des trois lëres ceintures situées du côté de la face de déchargement, à l'aide d'un endoscope et d'une caméra reliée, à un écran de télévision. Les mesures ont été faites caisson dégonflé mais encore chaud et on a estimé respec- tivement â 3 et 1,8 mm la dilatation thermique résiduelle du caisson dans le sens horizontal et dans le sens oblique (état intermédiaire entre

états chaud et froid). Les instants de mesure se placent à t = 99 j pour G 2 et t <= 152 j pour G 3. Nous comparons ci-dessous les mesures et les calculs par la 2ième ceinture.

L'accord prévisions-calculs est très bon pour G 2 : Poutre horizontale prévision : 12,1 + 6 mm

mesure : 11 + 3 mm

Poutre oblique prévision : 16,7 + 8,7 mm mesure : 19,5 + 3 mm

Les prévisions sont nettement pessimistes pour G 3, la borne supérieure du calcul recoupant do justesse la borne inférieure de la mesure :

j prévision : 16,1 + 6 mm mesure : 23,9 + 3 mm l'outre horizontale

foutre oblique Drevis ion : 27,7 + 8,7 mm me.s lire : 39 + 3 mm

• /-

4.4. Energie WIGNER emmagasinée :

La figure 12 donne quelques-uns des résultats des mesures d'énergie WIGNER emmagasinée qui ont été effectuées sur des carottages pratiqués en Septembre 80 dans G 3. On voit qu'il reste une marge d'en- viron 25 % avant que la courbe dH/dO' ne monte au-dessus de la chaleur specifique du graphite Cp. Il n'y a donc pas de danger immédiat et ce

problème est secondaire par rapport à celui Jes variations dimensionnelles.

Nous avons néanmoins tenté d'effectuer pour l'énergie accumulée un travail semblable à celui réalisé pour les variations dimensionnelles . mais les études n'ont pu aboutir faute de données fondamentales suffisantes

(courbes dH/d6- en fonction de la température et de la dose).

V - EXAMEN DES METHODES CURATIVES

5.1. Recuit de G 2 :

Ils'agissait d'identifier des méthodes permettant de porter la partie malade de l'empilement à une température le plus possible supérieure à la température nominale pendant une durée d'au plus quelques jours sans augmenter de façon prohibitive la température • maximale de gaine des éléments combustibles, les températures de CO^

a l'entrée et a la sortie du coeur (à cause des tuyauteries d'entrée et de sortie) et les dilatations thermiques latérales de 1'empilémeut

(à cause des structures internes au caisson) . Nous en avons trouvé 2

a priori praticables, qui touLes 2 conduisent à chauffer préférentiellement la surface des canaux de refroidissement et exploitent le fait que, dans la région malade, la conductibilité thermique du graphite est

considérablement dégradée.

j.'.l. l^ère méthode l_bouchag_e de_canal

Le principe est le suivant : on vide le combustible dans quelques canaux, on les bouche et ou fait fonctionner la pile au niveau nominal de puissance. On obtient alors une différence de tempé- rature importante entre surface, des canaux vidfis bouchés et surface des autres canaux, la valeur de cette différence étant proportionnelle: a la puissance dégagée dans le graphite et inversement proportionnelle a la conductibilité thermique du graphite.

- 13 -

Les calculs ont montré que le gain en température ainsi obtenu est de l'ordre de 120°C, mais que ce gain chute de façon importante si le bouchage des canaux vides est imparfait (division par 3 pour un débit de C0„ correspondant à 5 % du débit nominal).

L'exploitant ayant rapidement montré que. :

- le bouchage des canaux vides ne pourrait être parfait, - la perte en combustible serait importante (le combustible actif déchargé ne pouvant être rechargé),

- la durée de l'opération serait longue (au moins 1 an), cette 1ère méthode a été abandonnée.

5.1.2. 2ieme méthode_:_élëvation de la temp_ôrature_d'entrée du COp dans_l_e_coeur :

Le principe est le suivant : on élève la température de surface des canaux de refroidissement en augmentant la température d'entrée du COj et on atténue la dilatation thermique radiale supplémentaire de l'empilement qui devrait en résulter en opérant à puissance du coeur réduite, c'est à dire avec le plus faible écart de température possible entre surface et coeur du graphite.

Les calculs ont amené à proposer le point de fonctionnement suivant : 15 Mw, 180 kg/s, 10 bars, 240°C.

Des recuits de faible durée (132 h) et de faible intensité (70°C au-dessus de la température de fonctionnement normal) effectués en laboratoire sur des échantillons prélevés dans les réacteurs s'étant révélé? de faible efficacité (contraction du graphite ^ 1 l:t>), 1P.

méthode conduisait à envisager des recuits fréquents (tous les 6 mois) soumettant les tuyauteries a des cyclages prohibitifs. Elle

a donc également été abandonnée et il a été par suite décidé d'arrêter définitivement la pile G 2.

./.

5.2. Changement de conditions de fonctionnement de G 3 :

Le principe de base de la méthode que nous avons employée pour calculer l'impact d'un changement de conditions de fonctionnement du coeur sur le gonflement de l'empilement est expliqué sur la figure 13.

Un échantillon de graphite irradié jusqu'à la dose D Q â la température Tj affiche une variation dimensiontielle due à l'effet WIG.NER g| (point

représentatif de l'état du graphite : M j ) . Si on change alors brusquement la température d'irradiation (nouvelle température T2 5* ^Tj)» °n admet

généralement que le point M représentatif de l'état du graphite se déplace, quand on augmente l'irradiation, sur la parallèle "isodose" à l'isotherme T2 tracée à partir du point Ml.

Nous avons effectué les calculs pour diverses alternatives de fonctionnement, supposant une augmentation de température ou une baisse de flux (passage à des courbes de flux en cosinus). Le tableau n° 4 ci-dessous donne les vitesses de dégonflement de l'empilement (dVJ/dt en mm/jour) calculées dans la zone wignérisée, exprimées de manière relative par rapport à la vitesse de gonflement dans le cas de référence (250 Mwth,

140°C).

T A B L E A U 4 : INFLUENCE D'UN CHANGEMENT DE CONDITIONS DE FONCTIONNEMENT SUR LA VITESSE DE GONFLEMENT

Alternative n" 1 2 3 4

Distribution de flux normale normale cosinus cosinus

Puissance coeur (Mwth) 230 220 220 200

Température entrée coeur (°C) 160 170 140 160

c™) / A

Kdt/Hli/ M t^;r é f

0,60 0,39 0,42 0,33

Ces résultats doivent être nuancés car l'analyse que nous avons faiLe de l'histoire du gonflement" de; empilements de.; piles G 2 et G 3 nous a conduits à penser qu'un changement de température peut avoir, a la longue, de.'; conséquence:; plus importantes que pi.'évn

par la méthode des translations iriodoses < ./,

Dans les 2 premières alternatives de fonctionnement, la température moyenne du graphite dans la zone fortement wignérisée augmentant, on peut espérer un gain plus important que celui annoncé dans le tableau. Dans les 2 dernières alternatives, au contraire,

la température moyenne du graphite diminuant, on peut craindre un rain * moins important que prévu dans le tableau et peut-être même une aggra-

vation.

COGEtlA a adopté l'alternative de fonctionnement n° 1 depuis Juillet 1979.

- 16 -

VI - EFFICACITE DU C! LANCEMENT DE CONDITIONS DE FONCTIONNE-^NT DE G 3 Depuis le changement des conditions de fonctionnement, en Juillet 7'J, 3 types de mesures ont été effectues sur l'empilement

de G 3, lors des arrets de longue durée de l'hiver 80 et du printemps 32, qui sont comparables aux mesures pratiquées au printemps 79.

6.1. Mesures de la hauteur de l'empilement â l'aide d'un fil d'INVAR

Les mesures ont été effectuées dans les puits verticaux B1 et B'1, proches de la zone fortement wignerisoe. Pour le puits B1, les mesures

indiquent une stabilisation de la hauteur de l'empilement (+ 0,02 mm entre Novembre 80 et Avril 82). Pour le puits B'1, on aboutit à une diminution de hauteur (-- 4,04 mm entre Avril 79 et Novembre 80, — 1,1 mm entre Novembre 80 et Avril 82).

6.2. Mesures des marges des ressorts de la partie horizontale des ceintures 2 et 3

Les mesures conduisent en moyenne à une diminution de hauteur de l'empilement :

- de 1,78 mm entre Avril 79 et Novembre 80, - de 0,85 mm entre Novembre 80 et Avril 82.

6.3. Visées dans les canaux situes â la partie supérieure de l'empilement.

Les mesures indiquent également en moyenne une diminution de hauteur de l'empilement de 3,°>3 mm entre Avril 7^e' et Novembre 80.

6.4. Conclusion

Les mesures effectuées montrent clairement que le changement, de conditions de fonctionnement a eu un effet bénéfique sur les

variations dinensionnell.es du graphite, ce qui permet, à ce point de vue, de continuer l'exploitation du réacteur.

- 17

Une contraction non négligeable a été enregistrée au bout du premier cycle (de l'ordre de 0,04 t), la vitesse de contraction ayant cependant nettement, diminué au cours du second cycle.

R E F E R E N C E S

/ 1 / - Génie Atomique - Tome 3 - 1961

Bibliothèque des Sciences et Techniques Nucléaires P U E

/ 2 / - Bulletin d'informations Scientifiques et Techniques n° 20 - Août 1958

C E A

/ 3 7 - Radiation Damage in Graphite J.H.W. SIMMONS

Pergamon Press.

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ID

m

I CM

ID

o c

=3

en

Figure n°2 : G2-G3 prestressed congrete vessel.

.18m

I • • '• . .

I I

- ' ^ i -

I

L.& •

V<* r-^-

I I i

QJ

O

Figure n°3 : Equivalent fission dose at the codant channel surface (G2, June 1978)

1.500

_ Number of channels

1.000

500

0

D

U 0

n/cm

0FG)

Distance from the front face (m)

« 1 « i i 1 1 i i i i

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Figure n°k: Radial distribution of equivalent fission dose for 1 Mwd/t in the adjacent fuel.

Equivalent fission dose Dw (10

n/cm

0 FG)

Dws = 2.877^. 10

n/cm

0 FG

2 -

Distance from the centsrline (cm)

Figure n°5 : Radial temperature profiles (radial zona 1, axial zone 25).

^ Graphite temperature (°C)

250

200

150

50 100

radius (mm)

150

Figure n°6 : Temperature at cooling channel surface (°C)

1.500

1.000

500

Number of channels

m -r

]H

Radial zone number 20

19 18 16*17 15

10*1^

9 +13 8 +12 7+11 6 5 4 3 2 1

Distance from the front face (m)

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Figure n°8 : Free radial dimensional changes at cooling channel surface

Number of channels A L

, Radial zone num r~ I /o)

on

< , L

1 Eri ^{2—: 3} H ï ï ^{v. 18 ;19}

I L 1 ^16*17

Li? L-L, ^I

^{• 10 • 9 +13}

^H

. 8 +12

—

L _{- 7 +11}

- 6

• 5

4 5

- 4 ' 3

\ \

2 - 1

1 i i i

Distance from the fron

1 1 1 1 1 1

8 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Figure n°9 : Radial deformation of a graphite bar (G2, June 78, axial zone 27, radial zone 3)

Scale of displacement X5

100

50

0

-50

-100

Figure n°10: Comparison of computed/measured profiles (G2, channel W34A, April 77)

Elevation (mm)

j .

i \ / \ / \ i i \

Measured profil \ /

/

Computed profile

Distance from fhe front face (m)

8 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Figure n°11 : Computed deformation of graphite stack (G2, cold state, fuel rod 27, April 77)

Scale for displacement 1cm

i 1

Scale for graphite stack

X

Figure n°12 : Stored energy spectra (G3 - Channel W20B- October 80)

0.6

0.4

0,2

0

Rate of release of energy d H / d e ( c a l / g x °C)

Specific heat of graphite Cp

Position of sample in channel W20B(mm)

— ^ J6000.

15500 16400

Temperature (°C)

- » • -

200 300 400 500 600 700

Figure n°13 : Calculation method for dimensional changes in case of temperature change.

9i

Growth AL/L %

Equivalent fission dose

Do