Thèse soutenue

Etude multiphysique de la détection des ruptures de gaine dans les réacteurs rapides refroidis au sodium
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Auteur / Autrice : Congjin Ding
Direction : Philippe FilliatreLionel Desgranges
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique des fluides, procédés, énergétique,
Date : Soutenance le 22/09/2022
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Dosimétrie, Capteurs et Instrumentation LDCI (CEA Cadarache) - Laboratoire d'Analyse de la MIgration des Radioéléments (CEA Cadarache)
Jury : Président / Présidente : Pablo Rubiolo
Examinateurs / Examinatrices : Kan Wang
Rapporteurs / Rapporteuses : Teodora Retegan, Benoît Gall

Résumé

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Les réacteurs nucléaires de génération IV présentent des avancées significatives en terme d'économie, de sécurité, de fiabilité et de durabilité. Parmi ceux-ci, le réacteur à neutrons rapides refroidi au sodium (SFR) bénéfice de la plus grande expertise technologique. Lors de l'exploitation d'un SFR, des ruptures de gaine peuvent survenir : la libération de matières fissiles par la rupture peut entraîner des bouchages de canaux de refroidissement pouvant conduire à une menace sur l'intégrité du cœur. Un système de mesure de la contamination doit être conçu afin de rechercher de manière continue les produits de fission libérés par une rupture d'aiguille combustible. Les rejets de produits de fission gazeux correspondent au premier stade de défaillance et seront détectés par le système DRG (Système des ruptures de gaine). Lorsque la fissure de la gaine s'élargit, le combustible sera en contact avec le sodium et le signal neutronique sera détecté dans le système DND (Système de détection de neutrons différés).Cette thèse présente une vision d’ensemble de la détection des ruptures de gaine, depuis le comportement des produits de fission dans le combustible jusqu'à l'interprétation du signal du détecteur. Une méthodologie générale du processus de détection est développée : premièrement, la fonction de transfert du système DRG est déterminée ; deuxièmement, une description de l'ensemble du processus de détection de gaz est donnée et appliquée pour analyser la fiabilité de la détection précoce du système DRG ; troisièmement, une modélisation de l'ensemble du processus du système DND pour la libération de base du recul direct est effectuée et le processus de transfert de neutrons est déduit ; enfin, la libération par diffusion thermique, renforcée par la formation d’une couche de corrosion, est simulée et l'interprétation de l'évolution du signal neutronique liée au comportement du combustible est proposée.La méthodologie est fondée sur une analyse théorique des phénomènes physiques mis en jeu ; ses résultats sont confrontés à une réévaluation des données expérimentales du précédent réacteur PHENIX. Son formalisme est suffisamment général pour être appliqué à la conception future de réacteurs : sa capacité à orienter la conception de leurs systèmes de détection de rupture de gaine est illustrée.