Détection de l'interaction pastille-gaine (IPG) et de la fusion à coeur lors d'une irradiation de type transitoire de puissance dans le réacteur Jules Horowitz (RJH) : modélisation et méthode de mesure en temps réel des déformations d'un crayon combustible

Detection of the fuel pellet-cladding interaction (PCI) and of the fuel central melting during a power ramp test in the Jules Horowitz reactor (JHR) : modeling and real time measurement of the fuel element deformation

• Auteur / Autrice : Veronica D'Ambrosi
• Direction : Jean-Marie Gatt, Frédéric Lebon, Christophe Destouches, Jérôme Julien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique des solides
• Date : Soutenance le 02/06/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LMA, Laboratoire de Mécanique et d'Acoustique (UMR 7031 ; CNRS, Ecole Centrale de Marseille, Aix-en-Provence) - Laboratoire de Dosimétrie, Capteurs et Instrumentation LDCI (CEA Cadarache)
• Jury : Président / Présidente : Yann Monerie
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christelle Reynard-Carette, Elisabeth Causse-Massoni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Amna Rekik, Philippe Combette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation des données (informatique)

Fusion nucléaire

Combustibles nucléaires

Réacteurs nucléaires

Mots clés libres

Ipg

Fusion à cœur

Incident

Rampe de puissance

Modélisation

Instrumentation

Déformation

Temps réel

Vibrations

Rjh

Adeline

Pci

Melting

Incident

Power ramp test

Modeling

Instrumentation

Deformation

Real time

Vibrations

Jhr

Adeline

Résumé

Dans un réacteur nucléaire, le combustible est sous forme de pastilles cylindriques dans une gaine. En irradiation, les pastilles se dilatent, le diamètre de la gaine diminue sous la pression du caloporteur et les deux objets interagissent mécaniquement. Lors d’un incident, la variation de puissance provoque une dilatation plus importante du combustible qui va augmenter les contraintes dans la gaine. La sûreté impose d’assurer l’intégrité de la gaine (première barrière de confinement) ainsi que l’absence de fusion au cœur du combustible. Afin de mieux appréhender les phénomènes physiques de l'IPG dans ces conditions transitoires, des expériences spécifiques sont réalisées dans des réacteurs de recherche dédiés. Aujourd’hui, la grande majorité des mesures sont effectuées avant et après l’expérience ne donnant qu’un état initial et final, limitant de ce fait la quantité d’informations disponibles. Le travail de cette thèse se concentre donc sur le développement d’une méthode de mesure dédiée à la caractérisation en ligne de l’IPG ainsi qu’à la détection du début de la fusion à cœur. Dans cette thèse, nous identifions avec le code ALCYONE les paramètres à mesurer pour caractériser ces deux phénomènes et développons un modèle numérique pour étudier l’effet du début de la fusion à cœur. Nous réalisons une étude expérimentale, IMPIGRITIA, pour statuer sur la faisabilité de détecter l'origine et l'évolution du contact entre les pastilles et la gaine au moyen de vibrations de l’élément combustible. Enfin, nous recommandons les solutions techniques disponibles et en cours de développement les plus adaptées pour le dispositif d’irradiation ADELINE du Réacteur Jules Horowitz

In a nuclear reactor, the fuel is in the form of cylindrical pellets, surrounded by the cladding. During irradiation, the pellets expand, the diameter of the cladding decreases under coolant pressure, and the two objects mechanically interact. During an incident, the power change causes the fuel to expand further, increasing the stresses in the cladding. Safety requires that the integrity of the cladding (first containment barrier) and the absence of core melting are ensured. To better understand the physical phenomena related to PCI under these transient conditions, specific experiments are carried out in dedicated research reactors. Today, the majority of measurements are performed before and after the experiment, giving only the initial and final state of the system and thus limiting the amount of available information. The work of this thesis focuses on the development of a measurement method dedicated to the on-line characterization of the PCI kinetics as well as to the detection of the onset of central fuel melting. In this thesis, we identify with the ALCYONE code the parameters to be measured to characterize these two phenomena and develop a numerical model to study the effect of core melting onset. An experimental study, IMPIGRITIA, is carried out to state on the feasibility to detect the origin and evolution of the contact between the pellets and the cladding by means of fuel element vibrations. Finally, we recommend the most suitable technical solutions available and under development for the ADELINE irradiation device of the Jules Horowitz Reactor