Corium recuperator

"  Corium recuperator  " (eller "  core catcher  " på engelsk, bokstavelig talt "heart catcher"), noen ganger kvalifisert som "askebeger" er et nytt utstyr foreslått av kjernefysisk industri eller pålagt av kjernefysisk sikkerhetsmyndighet som er kompetent til å gjenvinne korium som utilsiktet smelting av en atomreaktor. Denne utvinningen gjøres i et "spredningskammer" hvis gulv består av et tykt lag av betong og avkjølt stål i seg selv er dekket med et lag med "offerbetong" slik at dette korium ikke synker. Ikke i bakken og at det gjør det ikke forlate denne "inneslutning" -sonen.

I den mest samstemte ordningen i dag er den første delen av denne enheten bunnen av "tankbrønnen". Den andre er en midlertidig plugg (offerbetong som vil gi seg når den smelter), den tredje er en "avbøyningskanal" av korium, og den fjerde er et "koriumspredningskammer" (stål + "offerbetong" + system med vann kjøling) og et kjøle- og muligens overvåkingssystem (måling av temperaturer, stråling, trykk osv.).

Verktøy og drift

Den lærhuden av en reaktor består av drivstoff og hjertet av strukturelementer i en smeltet atomreaktor og blandet, er det ved en meget høy temperatur, og avgir intens stråling, noe som gjør det raskt korroderende overfor alle kjente materialer. Hvis alt går bra, kan det i rekuperatoren stabiliseres rundt 200 tonn korium på få timer og stivnes på få dager hvis bunnen er et stålgulv hvis base består av finner (varmeveksler som evakuerer opptil 80  kW / m 2 ) avkjølt med vann, og i løpet av en måned hvis bunnen er laget av avkjølt ildfast materiale, men i begge tilfeller må avkjølingen fortsette.
De eneste materialene som er i stand til å bremse et korium er svært ildfast keramikk, og spesielle stål som må avkjøles konstant (restkraft som skal fjernes: ca. 35  MW ) for en koriummasse på ca. 200 tonn.

Avhengig av modellene som er tilgjengelige, vil spredningen av korium være diskontinuerlig med dannelsen av koriumtunger, og deretter vil korium-betongblandingen resultere i en visco-plastskinn på overflaten (litt som på glasslegulær vulkansk lava) , mens den i reaktoren, den opprinnelige blandingen hovedsakelig bestående av uran og zirkoniumoksider ville danne en solid skorpe på overflaten. korium som produserer sin egen varme, hvis det danner midlertidige opphopninger, må til slutt spre seg i spredningskammeret. Den største usikkerheten vil ligge i størrelsen på perforeringshullet til sikringsholderåpningen på utløpsrøret til dette kammeret. Hvis dette hullet er for lite, kan spredning av korium gjøres for sakte.

Ifølge ASN, denne rekuperator er "det viktig design innretning for regulering av alvorlige ulykker i et EPR" . I EPR blir korium omdirigert gjennom en overføringskanal, skrånende og med zirkoniumdioksidvegger , inn i et spesielt kammer for ikke å forbli under reaktoren.

Historie

Før Tsjernobyl og Fukushima- katastrofene ble risikoen for dannelse av korium ( "den alvorligste ulykken som et atomkraftverk kan oppleve" ifølge ASN ) ansett som svært lav. Siden da har det vært en av de nye prioriteringene for kjernefysisk sikkerhet å ta hensyn til korium .

For eksempel ble EDF , i atomkraftverket i Fessenheim pålagt, før30. juni 2013, på den ene siden, for å øke tykkelsen og overflaten til "koriumspredningssonen" (resept FSH1-25) som en del av dens samsvar med standardene som er pålagt med tanke på konklusjonene i en "sikkerhetsgjennomgang" av ASN. På den annen side før31. desember 2016må operatøren også få på plass “i celleakselen redundante midler som gjør det mulig å oppdage gjennomboring av tanken og i kabinettet redundante midler som gjør det mulig å oppdage tilstedeværelsen av hydrogen. Instrumentering brukes til å signalisere gjennomtrenging av tanken i korium i kontrollrommet ”  ; til slutt må flere overflødige systemer som er i stand til å oppdage ankomsten av korium i reaktorgropen, så vel som utseendet av hydrogen i reaktorbygningen installeres og være i drift før31. desember 2012.
ASN krevde også at EDF i fremtiden skulle sikre Flamanville kjernekraftverk (Manche) at "Utformingen og konstruksjonen av reaktorgropen og koriumspredningskammeret er slik at vannmengden sannsynligvis vil være der under hellingen av koriumet utenfor fartøyet kan ikke forårsake en dampeksplosjon som kan påvirke inneslutningens integritet .  "

En av de første franske utvinningskammerplanene, der den første ser ut til å ha blitt foreslått av Framatome ANP .

I 2010, i Frankrike, tok “ASN college” standpunkt for systematisk installasjon av en koriumsamler i alle fremtidige installasjoner.

I 2011 minnes ASN at beslutningene om godkjenning betinget driftsforfølgelse (f.eks. For reaktorer nr .  1 Fessenheim) "uten å berøre de resulterende komplementære sikkerhetsvurderinger (ECS) som ble iverksatt, på nasjonalt og europeisk nivå, etter Fukushima-ulykken" .

Undersøkelser

Det er umulig og farlig å eksperimentere med et ekte korium.

Vi har noen tilbakemeldinger fra ulykker, men det er svært få data om deres faktiske oppførsel, selv for Tsjernobyl- og Fukushima-koriumene (vanskelig å nærme seg på grunn av temperaturen og radioaktiviteten de gir fra seg). Coriums kan bare fotograferes av en robot når de er dannet og avkjølt, så fysikere må ty til eksperimentell modellering og simuleringer for å vurdere restvarmen og "hendelsene" til perforering, flytting og diffusjon; det samme gjelder deres oppførsel og de fysisk-kjemiske modifikasjonene som påvirker dem når de møter vann eller forskjellige materialer.

I følge dataene som leveres av disse modellene og testene, er koriumet når det akkumuleres under reaktoren det har gjennomboret, enda mer flytende enn lava; det "oppofrende" betonglaget på bunnen av reaktorgropen må verken være for tykt eller for tynt. Denne betongen må faktisk smelte og erodere med riktig hastighet slik at alt korium i tanken har hatt tid til å samle seg oppstrøms "sikringsholderen" før den smelter, vel vitende om at flere strømmer av korium er mulig gjennom forskjellige hull eller suksessivt. gjennom det samme hullet under tilfeldige scenarier med lav restkraft.

Etter at han gjennomboret dette første betonggulvet og deretter den smeltbare ståldøren, ifølge IRSN, "sprer den første hellingen av dette korium seg på noen titalls sekunder etter at det oppsto et brudd i sikringsholderen" " . Den smeltede massen begynner straks å spise bort jorden av "offerbetong" (betong som IRSN har foreslått å være tykkere enn opprinnelig planlagt, slik at korium ikke når stålplatene for tidlig. Det vil si ikke før alt korium i reaktoren har hatt tid til å spre seg i kammeret, må et automatisk system aktivere vanninjeksjonssystemet i spredningskammeret. er faktisk på dette stadiet ikke hele koriumet var i stand til å falle av tanken når det allerede har begynte å strømme inn i overføringskanalen (bestående av et ildfast materiale). for
å bedre følge strømmen av korium, må en in situ- instrumentering gjøre det mulig å verifisere at den gjenværende massen har hatt tid til å nå spredningskammeret før vann injiseres Strømningshastigheten vil særlig avhenge av størrelsen og konfigurasjonen av bruddet laget av korium i "sikringsholderen".

I følge ASN har analysene som ble utført på koriumgjenvinningsprosjektene ikke satt spørsmålstegn ved gyldigheten av dette konseptet, men "videre studier av visse studier må fremdeles utføres for å bekrefte deres effektivitet" .

Tekniske prinsipper

Den lærhuden rekuperator , installert under reaktorbeholderen , er en struktur som er laget av seigjern (for EPR ) [3] sterkt motstandsdyktig mot varme og sammensmelting, eller som består av et annet fartøy (for nye reaktorer. VVER 1000) og til hvilken et kjølesystem er integrert.

EPR korium samler  :

I 1999 og 2000 validerte IRSN, på grunnlag av egne analyser, et første koriumrekuperatorprosjekt for EPR. Men modifikasjoner ble foreslått i 2004 av designeren. Disse modifikasjonene ble akseptert etter at analysen ble presentert av IRSN på et møte med "Permanent Group of Experts for Nuclear Reactors" inovember 2004.

For å være funksjonell må en koriumsamler strekke seg over et tilstrekkelig område fordi:

EPR corium recuperator har en koriumspredningsflate på 170  m 2 og har en masse på 500  t .

Funksjonsprinsipper I et EPR-system vil alt korium som kan ha gjennomboret tanken først akkumuleres i tankakselen, hvis bunn består av 50  cm såkalt "offer" betong (se diagrammet overfor). Når denne "offerbetongen" er erodert og gjennomboret av koriumet, møter sistnevnte en "sikringsholder" (stålplate 2,4  m 2 og 4  cm tykk), som en gang smeltet gjør at corium tidligere "flyttet" oppstrøms denne "porten ”, For å strømme via en strømningskanal, inn i spredningskammeret.Koriumet vil deretter bli avkjølt i dette spredningsområdet av et passivt automatisk system for vannsirkulasjon i gulvet, deretter gjenvinning av vannoverløp, noe som gjør det mulig på den ene siden å forhindre metallgulvet som også er dekket av offerbetong. , å smelte og på den annen side, for å unngå en eksplosjon av damp ved å dekke korium med vann først etter at det har blitt spredt og forkjølet.

Eksempler på å ta hensyn til ved lovendringer

I Flamanville ,9. mai 2012ASN påla EDF følgende egenskaper for denne koriumgjenvinneren:

I tillegg ba ASN EDF om å få på plass tilstrekkelig instrumentering for:

Konkrete eksempler

Hvis den amerikanske AP1000 ikke forutser noen, har noen reaktorer på den annen side nå slike "rekuperatorer" i utformingen:

Den AES-91 , det russiske prosjekt Atomstroyexport av den første type av kjernegriperen til kjernekraft integrert som standard utstyr. I begynnelsen av 2011 ble to kinesiske reaktorer av VVER-1000- typen , bygget av et russisk konsortium , for første gang utstyrt med den i atomkraftverket i Tianwan . For denne typen reaktorer ble en andre beholder foret med et tykt "offermateriale" plassert under hovedkaret for å gjøre korium mindre flytende og fremme kjølekapasiteten.

Risiko og farer

En spesifikk programvare (MAAP-4) ble brukt til å modellere forholdene for koriumutgang fra karet i tilfelle kjernesmelting, og kinetikken til ablasjon av offerbetongen ble studert ved simuleringer (ARTEMIS - IRSN-EDF -CEA og BETA - FzK) og med tester på virkelige materialer (ACE, MACE-ANL; VULCANO - CEA-EDF-IRSN; CORESA - Framatome ANP), men det er fortsatt ukjente .

Den mest fryktede risikoen er eksplosjonen av vanndamp . Muligheten for en stor dampeksplosjon under koriumflom bør unngås, og belastninger som følge av smeltet vann-kjerne-interaksjon bør vurderes i utformingen. Den franske sikkerhetsmyndigheten (ASN) anslår i et sammendragsdokument publisert den5. oktober 2004at mengden vann som kan være til stede i celleakselen og i spredningskammeret på tidspunktet for cellegjennombruddet må være begrenset av design. (Jf: www.asn.gouv.fr/data/information/tg_epr_fr.pdf).

Referanser

  1. CPDP EPR og valg av selskap; “Risikospørsmål” , Offentlig debatt om EPJ, se s.  12 eller 14 av 26 i PDF-versjonen av dette dokumentet
  2. Beslutning truffet av presidenten for Nuclear Safety Authority nr. CODEP-CAE-2012-023533 av 9. mai 2012 om fastsettelse av selskapet Bouygues TP, agent for Bouygues TP / Quille / Baudin Chateauneuf konsortiet, kravene som gjelder for produksjonsanleggene av forspent betong og betongoffer innenfor omkretsen av BNI (BNI) nr .  167 i byen Flamanville (Manche)
  3. henhold til skala 1 tester utført av Framatome ANP i Erlangen, sitert i ASN Control Review, nr .  164: EPR 164 reaktoren , pdf se side 45
  4. av tidsskriftet Control ASN, nr .  164: EPR 164 , pdf se side 36
  5. (Journeau, 2006, s.  166 )
  6. (Journeau, 2006, s.  166 )
  7. ASN Control Review, nr .  164: EPR 164.pdf-reaktoren, se spesielt side 37: Figur 2 - Diagram over reaktorgropen, overføringskanalen og koriumspredningskammeret
  8. Trykk ASN, ASN tar stilling til den fortsatte driften av reaktoren nr .  1 i Fessenheim atomkraftverk , 2011-07-04, åpnet 04-01-2012
  9. EDF-FSH-13 [ECS-19], side 5/11 i [Beslutning nr. 2012-DC-0284 fra Nuclear Safety Authority 26. juni 2012 om fastsettelse av Electricité de France - Société Anonyme (EDF -SA ) gjeldende tilleggskrav til området kraftproduksjon Fessenheim (Haut-Rhin) på resultatene av sikkerhetsvurderinger komplementære (ECS) i BNI n o  75]
  10. [ASN-beslutning nr. 2011-DC-0231 (PDF - 153,02 KB)]; Beslutning nr. 2011-DC-0231 fra Nuclear Safety Authority av 4. juli 2011 om å sette Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) de tilleggskravene som gjelder for atomkraftverket i Fessenheim (Haut Rhin) med tanke på konklusjonene i den tredje sikkerhets gjennomgang av reaktoren n o  1 BNI n o  75, publisert 4.7.2011
  11. ASN- avgjørelse 2008-DC-0114 av 26. september 2008 ] 26 - 09 - 2008 / ASN Official Bulletin; Beslutning nr. 2008-DC-0114 av 26. september 2008 fra Nuclear Safety Authority om å sette Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) med kravene til Flamanville atomkraftverk (Manche) for utforming og bygging av “Flamanville 3” reaktor (inb n o  167) Se punkt [INB167-21] side 7/15
  12. ASN , Posisjonsuttalelse fra ASN-komiteen: "  Hvilket sikkerhetsnivå for nye atomreaktorer bygget over hele verden?"  » Paris, 6. juli 2010
  13. Brevet fra Nuclear Safety Authority nr .  20, Paris, 1. august 2011
  14. Spindler, B., Veteau, JM, 2004, Simulering av spredning med størkning: vurderingssyntese av THEMA-kode , Rapport CEA-R6053
  15. Foit, JJ, 2002, Spreading på keramikk og betong substrat i KATS eksperimenter , Proc. Annu. Møte kjernen. Technol
  16. Spengler C., Allelein H.-J., Spindler B., Veteau JM, Foit JJ, Alsmeyer H., Artnik J. (2004), Blind Benchmark Calculations for Melt Spreading in the ECOSTAR Project , Proc. Int. Congress Advances nucl. Kraftverk (ICAPP'04), Pittsburgh, PA.
  17. Hans-Georg Willschütz, CFD-beregninger til en Core Catcher Benchmark  ; vitenskaps- og teknologiforskningsavdeling i Rossendorf Research Center (FZR); ref FZR-257; April 1999, PDF, 20 sider
  18. eks: Wittmaack, R., 2000, Numercial simulation of corium spreading in the EPR with CORFLOW , Wiss. Ber. FZKA, 6475, 201-211
  19. av Journal ASN Control, nr .  164: EPR 164 , pdf se side 21
  20. Konovalikhin Maxim. J. (2001), Investigations on melt spreading and coolability in a LWR alvorlig ulykke , ( ISSN  1403-1701 ) Kärnkarfsäkerhet 8, Kungl Tekniska Högskolan (Royal Institute of Technology i Stockholm), doktorgradsavhandling forsvarte i november 2001, PDF, 73 sider
  21. ASN Control Review, nr. 164: EPR 164-reaktoren , pdf se side 36
  22. Et annet koriumgjenvinningssystem - IRSN: " Det er et annet prinsipp for koriumgjenvinning: det består i å" samle "all massen av korium under tanken i en andre dedikert tank, hvis yttervegger blir avkjølt av l. Det er da en spørsmål om å avkjøle denne massen av korium. Dette systemet brukes spesielt på de nye russiske reaktorene med trykkvann - VVER 1000 - som allerede er bygget i Kina og India og planlagt i Bulgaria (Béléné kraftstasjon) . "
  23. Siempelkamp: Core Catcher - Cooling Structures
  24. IAEA-Dokument: Status for Fast Breeder Reactor Development i Tyskland
  25. Konovalikhin, MJ, Theertan, SA, Sehgal, BR, 2000, Experimental Investigation on Re- Spreading Phenomena , Proc. 8. Int. Konf. Kjernen Eng., Baltimore, USA, april 2000.
  26. [1] (brosjyre på tysk, som beskriver konseptet med kjernefanger for EPR i Finland)
  27. Hvordan fungerer koriumsamleren? - IRSN: "Celleakselen kommuniserer med kammeret ved hjelp av en utløpskanal. Før den strømmer inn i kanalen samles korium i bunnen av celleakselen som har et åpningssystem for" Sikringsholderen. "En vannsirkulasjon Systemet tillater kjøling nedenfra fra spredningsfasen og dekker spredt korium med vann . ”
  28. Informasjonsrapport til Senatet - Corium utenfor tanken: "  Begrepet koriumgjenvinning, etter et brudd i tanken i EPR, er basert på spredning av dette koriumet på en overflate som er deportert utenfor brønnen. Tank, og avkjøling. ved reflow med passive systemer. For å fremme spredning og beskytte flåtenes materialer dekkes den med et lag med offermateriale som vil blandes med korium under overføring til rekuperatoren og under spredning. "
  29. EPR Flamanville 3 brev - EDF - EKSTERNT BREV - Nr. 4 - 7. SEPTEMBER 2012 - Innovasjon: corium recuperator
  30. [ASN-avgjørelse 2008-DC-0114 av 26. september 2008] 26 - 09 - 2008 / ASN Official Bulletin; Beslutning nr. 2008-DC-0114 av 26. september 2008 fra Nuclear Safety Authority om å sette Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) med kravene knyttet til atomkraftverket i Flamanville (Manche) for utforming og bygging av “Flamanville 3” reaktor (inb n o  167) Se punkt [INB167-29] side 7/15
  31. Jf III-3.3 i artikkel 2 i dekret nr. 2007-534
  32. Areva Brosjyre: EPR - referansenummer: G-61-V1-07-GER
  33. AtomStroyExport News "Arkivert kopi" (versjon 4. oktober 2011 på Internett-arkivet )
  34. [2] (Pulitzer Center for Crisis Reporting and Scientific American)
  35. WNA - Atomkraft i Russland
  36. Christophe Journeau (2008), Bidrag med tester i prototypiske materialer på Plinius-plattformen til studiet av alvorlige ulykker i kjernefysiske reaktorer , akkrediteringsoppgave for direkte forskning innen energimekanikk (University of Orléans), Commissariat à atomic energy, Cadarache, LEMAG; Juni 2008, CEA-R-6189, ( ISSN  0429-3460 ) , PDF, se s. 14/227 og diagram s. 19, se også Svetlov et al., 2003
  37. KORIUMRELATERTE FORBEDRINGER I EDF-VERSJONEN AV KARTKODE I RAMMEN AV ALVORLIGE ULYKKESTUDIER - NURETH-16-konferansen i Chicago - september 2015
  38. ReactorEPRDasnMay2005
  39. FoU relatert til alvorlige ulykker i trykkvannsreaktorer: Vurdering og utsikter (Rapport IRSN-2006/73 Rev 1 - Rapport CEA-2006/474 Rev 1)

Vedlegg

Relaterte artikler


Eksterne linker

Bibliografi