Recuperator de corium

„  Corium recuperator  ” (sau „  core catcher  ” în engleză, literalmente „heart catcher”), uneori calificat drept „scrumieră” este un nou echipament propus de industria nucleară sau impus de autoritatea de securitate nucleară competentă pentru recuperarea coriumului rezultat din topirea accidentală a unui reactor nuclear. Această recuperare se face într-o „cameră de împrăștiere” a cărei podea alcătuită dintr-un strat gros de beton și oțel răcit este ea însăși acoperită cu un strat de „beton sacrificial”, astfel încât acest corium să nu se scufunde. Nu în pământ și nu părăsiți această zonă de „izolare”.

În aranjamentul cel mai consensual de astăzi, prima parte a acestui dispozitiv este fundul „puțului rezervorului”. Al doilea este un dop temporar (beton de sacrificiu care va ceda când se topește), al treilea este un „canal de deviere” al coriului, iar al patrulea este o „cameră de împrăștiere a coriului” (oțel + „beton de sacrificiu” + sistem de apă răcire) și un sistem de răcire și, eventual, de monitorizare (măsurarea temperaturilor, radiațiilor, presiunilor etc.).

Utilitate și funcționare

Dermei unui reactor format din combustibil și inima elementelor de structură ale unui reactor nuclear topit și amestecat, este la o temperatură foarte ridicată și emite radiații intense, ceea ce face rapid coroziv pentru toate materialele cunoscute. Dacă totul merge bine, în recuperator, aproximativ 200 de tone de corium pot fi stabilizate în câteva ore și solidificate în câteva zile dacă fundul este o podea de oțel a cărei bază este formată din aripioare (schimbător de căldură capabil să evacueze până la aproximativ 80  kW / m 2 ) răcit cu apă și într-o lună dacă fundul este realizat din material refractar răcit, dar în ambele cazuri răcirea trebuie să continue.
Singurele materiale capabile să încetinească un corium sunt ceramica foarte refractară și oțelurile speciale care trebuie răcite constant (puterea reziduală de eliminat: aproximativ 35  MW ) pentru o masă de corium de aproximativ 200 de tone.

În funcție de modelele disponibile, răspândirea coriului va fi discontinuă odată cu formarea limbilor corium, apoi amestecul corium-beton va avea ca rezultat apariția unei piele visco-plastică la suprafață (un pic ca pe lava vulcanică vitroasă) , în timp ce se află în reactor, amestecul inițial constând în principal din oxizi de uraniu și zirconiu ar forma o crustă solidă la suprafață. coriul producându-și propria căldură, dacă formează acumulări temporare, trebuie să se răspândească în cele din urmă în camera de împrăștiere. Principala incertitudine ar consta în dimensiunea orificiului de perforare al portafusibilului care se deschide pe conducta de refulare către această cameră. Dacă această gaură este prea mică, răspândirea coriului se poate face prea încet.

Potrivit ASN, acest recuperator este "dispozitivul cheie de proiectare pentru controlul accidentelor grave într-un EPR" . În EPR, coriul este deviat printr-un canal de transfer, înclinat și cu pereți de zirconiu , într-o cameră specială, pentru a nu rămâne sub reactor.

Istorie

Înainte de dezastrele de la Cernobîl și Fukushima , riscul de formare a coriului ( „cel mai grav accident pe care îl poate experimenta o centrală nucleară”, conform ASN ) era considerat foarte scăzut. De atunci, luarea în considerare a coriului a fost una dintre noile priorități de securitate nucleară .

De exemplu, EDF , în centrala nucleară din Fessenheim, a fost impusă, înainte de30 iunie 2013pe de o parte, pentru a crește grosimea și suprafața „zonei de răspândire a coriului” (prescripția FSH1-25) ca parte a conformității acesteia cu standardele impuse având în vedere concluziile unei „analize de siguranță” de către ASN. Pe de altă parte, înainte de31 decembrie 2016, operatorul trebuie, de asemenea, să pună în funcțiune „în arborele celulei redundant înseamnă a face posibilă detectarea perforării rezervorului și în incintă redundant înseamnă a face posibilă detectarea prezenței hidrogenului. Instrumentarea este utilizată pentru a semnaliza în camera de control străpungerea rezervorului de către corium ”  ; în cele din urmă, mai multe sisteme redundante capabile să detecteze sosirea de corium în groapa reactorului , precum și apariția hidrogenului în clădirea reactorului trebuie să fie instalate și funcționale înainte ca31 decembrie 2012.
ASN a cerut, de asemenea, EDF să asigure la viitoarea centrală nucleară Flamanville (Manche) că „Proiectarea și construcția gropii reactorului și a camerei de împrăștiere a coriului sunt de așa natură încât cantitatea de apă este probabil să fie acolo în timpul turnării coriului în exterior nava nu poate provoca o explozie de abur care ar putea afecta integritatea izolației  " .

Unul dintre primele planuri de cameră de recuperare franceză, unde primul pare să fi fost propus de Framatome ANP .

În 2010, în Franța, „colegiul ASN” a luat poziție pentru instalarea sistematică a unui colector de corium în toate instalațiile viitoare.

În 2011, ASN reamintește că deciziile sale de autorizare au urmărit condiționat funcționarea (de exemplu, pentru reactoarele nr .  1 Fessenheim) „fără a aduce atingere celor rezultate evaluări complementare de siguranță (ECS) inițiate, la nivel național și european, după accidentul de la Fukushima” .

Cercetare

Este imposibil și periculos să experimentezi cu un corium real.

Avem unele feedback-uri din cauza accidentelor, dar există foarte puține date cu privire la comportamentul lor real, chiar și pentru coriumurile de la Cernobâl și Fukushima (dificil de abordat datorită temperaturii și radioactivității pe care o degajă). Coriurile pot fi fotografiate de un robot numai după ce au fost formate și răcite, astfel încât fizicienii trebuie să recurgă la modelare experimentală și simulări pentru a evalua căldura reziduală și „evenimentele” de perforație, relocare și difuzie; același lucru este valabil și pentru comportamentul lor și modificările fizico-chimice care îi afectează atunci când întâlnesc apă sau materiale diferite.

Conform datelor furnizate de aceste modele și teste, coriul atunci când se acumulează sub reactorul pe care l-a străpuns este chiar mai fluid decât lava; stratul de beton „sacrificial” de la fundul gropii reactorului nu trebuie să fie nici prea gros, nici prea subțire. Într-adevăr, acest beton trebuie să se topească și să se erodeze la viteza potrivită, astfel încât tot coriul conținut în rezervor să aibă timp să se acumuleze în amonte de „suportul siguranței” înainte de a se topi, știind că fluxuri multiple de corium sunt posibile prin diferite găuri sau succesiv prin aceeași gaură în timpul scenariilor accidentale cu putere reziduală mică.

După ce a străpuns această primă pardoseală de beton și apoi ușa fuzibilă din oțel, conform IRSN „prima turnare a acestui corium se răspândește în câteva zeci de secunde după apariția unei breșe în suportul pentru siguranțe” ” . Masa topită începe imediat să mănânce solul „betonului de sacrificiu” (beton pe care IRSN l-a propus să fie mai gros decât s-a planificat inițial, astfel încât coriul să nu ajungă prea repede la plăcile de oțel. Adică nu înainte de tot coriul din reactor a avut timp să se extindă în cameră, un sistem automat trebuie să activeze sistemul de injecție a apei din camera de împrăștiere. este, într-adevăr, în acest stadiu, întregul corium nu a putut să cadă din rezervor când a fost deja a început să curgă în canalul de transfer (format dintr-un material refractar)
.pentru a urmări mai bine fluxul de corium, un instrumentar in situ trebuie să permită verificarea faptului că masa rămasă a avut timp să ajungă în camera de împrăștiere înainte ca apa să fie injectată Viteza de curgere va depinde în special de dimensiunea și configurația breșei făcute de corium în „suportul siguranței”.

Potrivit ASN, analizele efectuate asupra proiectelor de recuperare a coriului nu au pus sub semnul întrebării validitatea acestui concept, dar „trebuie continuat un studiu suplimentar al anumitor studii pentru a confirma eficacitatea acestora” .

Principii tehnice

Recuperatorul corium , instalat sub vasul reactorului , este o structură formată din fonta cu grafit nodular (pentru EPR ) [3] foarte rezistent la căldură și fuziune sau formată dintr - un alt vas (pentru noi reactoare. VVER 1000) și la care este integrat un sistem de răcire.

Colector de corium EPR  :

În 1999 și 2000, pe baza propriilor analize, IRSN a validat un prim proiect de recuperator de cori pentru EPR. Dar modificările au fost propuse în 2004 de către designer. Aceste modificări au fost acceptate după ce analiza lor a fost prezentată de IRSN la o ședință a „Grupului permanent de experți pentru reactoarele nucleare” dinnoiembrie 2004.

Pentru a fi funcțional, un colector de corium trebuie să se extindă pe o suprafață suficientă, deoarece:

Recuperatorul de corium EPR are o suprafață de împrăștiere a coriului de 170  m 2 și are o masă de 500  t .

Principii de funcționare Într-un sistem de tip EPR, orice corium care ar fi putut străpunge vasul se va acumula mai întâi în arborele vasului, al cărui fund este alcătuit din 50  cm de așa-numitul beton „de sacrificiu” (a se vedea diagrama opusă). Odată ce acest „beton de sacrificiu” s-a erodat și străpuns de corium, acesta din urmă întâlnește un „suport pentru siguranțe” (placă de oțel de 2,4  m 2 și 4  cm grosime), care, odată topit, permite coriului „Relocat” anterior în amonte de această „poartă” , să curgă printr-un canal de curgere, în camera de împrăștiere.Coriul va fi apoi răcit în această zonă de împrăștiere printr-un sistem automat pasiv de circulație a apei în podea, apoi recuperat prin revărsare a apei, făcând posibilă, pe de o parte, prevenirea pardoselii metalice care este, de asemenea, acoperită. , pentru a se topi și, pe de altă parte, pentru a evita o explozie de abur prin acoperirea coriului cu apă numai după ce a fost răspândit și pre-răcit.

Exemple de luare în considerare prin modificări de reglementare

În Flamanville ,9 mai 2012, ASN a impus EDF următoarele caracteristici pentru acest recuperator de corium:

În plus, ASN a cerut EDF să pună în aplicare instrumentele adecvate pentru:

Exemple concrete

Dacă AP1000 american nu prevede niciunul, pe de altă parte, unele tipuri de reactoare includ acum astfel de „recuperatori” în proiectarea lor:

AES-91 , proiectul rus Atomstroyexport a primului tip de bază catcher la putere nucleară integrate ca echipament standard. La începutul anului 2011, pentru prima dată două reactoare chinezești de tip VVER-1000 , construite de un consorțiu rus, erau echipate cu acesta la centrala nucleară din Tianwan . Pentru acest tip de reactor, un al doilea vas căptușit cu un „material de sacrificiu” gros a fost plasat sub vasul principal, pentru a face coriul mai puțin fluid și pentru a-i promova capacitatea de răcire.

Riscuri și pericole

Un software specific (MAAP-4) a fost folosit pentru a modela condițiile de ieșire a coriului din vas în cazul topirii miezului, iar cinetica ablației betonului sacrificial a fost studiată prin simulări (ARTEMIS - IRSN-EDF -CEA și BETA - FzK) și cu teste pe materiale reale (ACE, MACE- ANL; VULCANO - CEA-EDF-IRSN; CORESA - Framatome ANP), dar există încă necunoscute .

Cel mai de temut risc este explozia vaporilor de apă . Ar trebui evitată posibilitatea unei explozii mari de abur în timpul inundațiilor cu corium și ar trebui luate în considerare în proiectare încărcările rezultate din interacțiunile topite apă-miez. Autoritatea franceză de siguranță (ASN) estimează într-un document sumar publicat la5 octombrie 2004că cantitatea de apă care ar putea fi prezentă în arborele celulei și în camera de răspândire în momentul descoperirii celulei trebuie să fie limitată prin proiectare. (Cf: www.asn.gouv.fr/data/information/tg_epr_fr.pdf).

Referințe

  1. CPDP EPR și alegerea companiei; Problema „Riscuri” , dezbaterea publică asupra EPR, vezi p.  12 sau 14 din 26 din versiunea PDF a acestui document
  2. Decizia președintelui Autorității de Siguranță Nucleară nr. CODEP-CAE-2012-023533 din 9 mai 2012 de stabilire pentru compania Bouygues TP, agent al consorțiului Bouygues TP / Quille / Baudin Chateauneuf, a cerințelor aplicabile unităților de producție de beton precomprimat și sacrificiu de beton în perimetrul BNI (BNI) nr .  167 al orașului Flamanville (Manche)
  3. conform testelor la scara 1 efectuate de Framatome ANP în Erlangen, citate în ASN Control Review, nr .  164: reactorul EPR 164 , pdf vezi pagina 45
  4. al revistei Control ASN, n o  164: EPR 164 , pdf vezi pagina 36
  5. (Journeau, 2006, p.  166 )
  6. (Journeau, 2006, p.  166 )
  7. ASN Control Review, n o  164: reactorul EPR 164.pdf vezi în special pagina 37: Figura 2 - Diagrama groapei reactorului, a canalului de transfer și a camerei de răspândire a coriului
  8. Apăsați ASN, ASN ia poziție cu privire la continuarea funcționării reactorului nr .  1 al centralei nucleare Fessenheim , 2011-07-04, accesat 2012-01-04
  9. EDF-FSH-13 [ECS-19], pagina 5/11 din [Decizia nr. 2012-DC-0284 a Autorității de Siguranță Nucleară din 26 iunie 2012 de stabilire a Electricity de France - Société Anonyme (EDF -SA ) cerințe suplimentare aplicabile producției de energie electrică a amplasamentului Fessenheim (Haut-Rhin) cu privire la rezultatele evaluărilor complementare de siguranță (ECS) ale BNI n o  75]
  10. [Decizia ASN nr. 2011-DC-0231 (PDF - 153,02 KB)]; Decizia nr. 2011-DC-0231 a Autorității de Siguranță Nucleară din 4 iulie 2011 de stabilire a Electricității de Franța - Société Anonyme (EDF-SA) cerințele suplimentare aplicabile centralei nucleare Fessenheim (Haut Rhin), având în vedere concluziile a treia revizuire de siguranță a reactorului nr .  1 BNI nr .  75, publicată pe 4 iulie 2011
  11. Decizia ASN 2008-DC-0114 din 26 septembrie 2008 ] 26 - 09 - 2008 / Buletinul oficial ASN; Decizia nr. 2008-DC-0114 din 26 septembrie 2008 a Autorității de Siguranță Nucleară de stabilire a Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) cu cerințele referitoare la centrala nucleară Flamanville (Manche) pentru proiectarea și construcția Reactorul „Flamanville 3” (INB nr .  167) A se vedea punctul [INB167-21] pagina7 / 15
  12. presă ASN, Declarație de poziție a comitetului ASN: "  Ce nivel de siguranță pentru noile reactoare nucleare construite în întreaga lume?"  » Paris, 06 iulie 2010
  13. Scrisoarea de la Autoritatea pentru Siguranță Nucleară nr .  20, Paris, 01 august 2011
  14. Spindler, B., Veteau, JM, 2004, Simularea răspândirii cu solidificare: sinteza evaluării codului THEMA , Raport CEA-R6053
  15. Foit, JJ, 2002, Răspândirea pe substrat ceramic și beton în experimentele KATS , Proc. Annu. Întâlnirea cu Nucl. Tehnologie
  16. Spengler C., Allelein H.-J., Spindler B., Veteau JM, Foit JJ, Alsmeyer H., Artnik J. (2004), Blind Benchmark Calculations for Melt Spreading in ECOSTAR Project , Proc. Int. Congresul avansează nucl. Centrale electrice (ICAPP'04), Pittsburgh, PA.
  17. Hans-Georg Willschütz, CFD- Calculs to a Core Catcher Benchmark  ; departamentul de cercetare științifică și tehnologică al Centrului de Cercetare Rossendorf (FZR); ref FZR-257; Aprilie 1999, PDF, 20 de pagini
  18. ex: Wittmaack, R., 2000, Simulare numerică a răspândirii coriului în EPR cu CORFLOW , Wiss. Ber. FZKA, 6475, 201-211
  19. din Journal ASN Control, nr .  164: EPR 164 , pdf vezi pagina 21
  20. Konovalikhin Maxim. J. (2001), Investigații privind răspândirea topirii și răcirea într-un accident grav LWR , ( ISSN  1403-1701 ) Kärnkarfsäkerhet 8, Kungl Tekniska Högskolan (Institutul Regal de Tehnologie din Stockholm), teză de doctorat susținută în noiembrie 2001, PDF, 73 de pagini
  21. ASN Control Review, nr. 164: reactorul EPR 164 , pdf vezi pagina 36
  22. Un alt sistem de recuperare a coriului - IRSN: „ Există un alt principiu al recuperării coriului: acesta constă în„ colectarea ”întregii mase de cori sub rezervor într-un al doilea rezervor dedicat, ai cărui pereți exteriori sunt răciti de l. chestiunea răcirii acestei mase de cori. Acest sistem este utilizat în special pe noile reactoare rusești cu apă sub presiune - VVER 1000 - deja construite în China și India și planificate în Bulgaria (centrala electrică Béléné) . "
  23. Siempelkamp: Core Catcher - Structuri de răcire
  24. IAEA-Dokument: Situația dezvoltării reactoarelor de creștere rapidă în Germania
  25. Konovalikhin, MJ, Theertan, SA, Sehgal, BR, 2000, Investigație experimentală asupra fenomenelor de răspândire , Proc. 8 Int. Conf. Nucl. Eng., Baltimore, Statele Unite, aprilie 2000.
  26. [1] (Broșură în limba germană, care descrie conceptul de captator principal pentru EPR în Finlanda)
  27. Cum funcționează colectorul de corium? - IRSN: " Arborele celulei comunică cu camera prin intermediul unui canal de descărcare. Înainte de a curge în canal, coriul este colectat în partea inferioară a arborelui celulei, care are un sistem de deschidere a" Suportului siguranței ". O circulație a apei sistemul permite răcirea de jos de la faza de împrăștiere și acoperă coriul răspândit cu apă . ”
  28. Raport de informare către Senat - Corium în afara rezervorului: „  Conceptul de recuperare a coriului, în urma unei rupturi a rezervorului în EPR, se bazează pe răspândirea acestui corium pe o suprafață deportată în afara puțului. Rezervor și răcirea acestuia prin reflux cu sisteme pasive. Pentru a promova răspândirea și a proteja materialele plutei, aceasta este acoperită cu un strat de material de sacrificiu care se va amesteca cu coriul în timpul transferului său la recuperator și în timpul răspândirii sale. "
  29. EPR Flamanville 3 scrisori - FED - SCRISOARE EXTERNĂ - Nr. 4 - 7 SEPTEMBRIE 2012 - Inovație: recuperatorul de corium
  30. [Decizia ASN 2008-DC-0114 din 26 septembrie 2008] 26 - 09 - 2008 / Buletinul oficial ASN; Decizia nr. 2008-DC-0114 din 26 septembrie 2008 a Autorității de Siguranță Nucleară de stabilire a Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) cu cerințele referitoare la centrala nucleară Flamanville (Manche) pentru proiectarea și construcția Reactorul „Flamanville 3” (INB nr .  167) A se vedea punctul [INB167-29] pagina7 / 15
  31. Cf III-3.3 al articolului 2 din decretul nr. 2007-534
  32. Broșură Areva: EPR - număr de referință: G-61-V1-07-GER
  33. AtomStroyExport News "Copie arhivată" (versiunea 4 octombrie 2011 pe Internet Archive )
  34. [2] (Pulitzer Center for Crisis Reporting and Scientific American)
  35. WNA - Energia nucleară în Rusia
  36. Christophe Journeau (2008), Contribuția testelor pe materiale prototipice pe platforma Plinius la studiul accidentelor severe în reactoarele nucleare , teză de acreditare pentru cercetarea directă în mecanica energiei (Universitatea din Orléans), Commissariat à atomic energy, Cadarache, LEMAG; Iunie 2008, CEA-R-6189, ( ISSN  0429-3460 ) , PDF, vezi p14 / 227 și diagrama p 19, vezi și Svetlov și colab., 2003
  37. ÎMBUNĂTĂȚIRI LEGATE DE CORIUM ÎN VERSIUNEA FED A CODULUI MAAP ÎN CADRUL STUDIILOR DE ACCIDENT GRAVE - conferința NURETH-16 la Chicago - septembrie 2015
  38. ReactorEPRDasnMay2005
  39. C&D privind accidentele grave în reactoarele cu apă sub presiune: evaluare și perspective (Raport IRSN-2006/73 Rev 1 - Raport CEA-2006/474 Rev 1)

Anexe

Articole similare


linkuri externe

Bibliografie