Modélisation des conséquences d'une entrée d'air en cuve sur le calcul du terme source en accident grave

Modelling the consequences of an air ingress into the vessel on the source term calculation in severe accident

• Auteur / Autrice : Emilie Beuzet
• Direction : Eric Simoni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie. Chimie-Radiochimie
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ruthénium

Mots clés libres

Maap

Oxydation des gaines

Oxydation du combustible

Résumé

Ce travail de thèse s'inscrit dans la thématique des accidents graves de centrales nucléaires avec entrée d'air en cuve. L'air, par son fort pouvoir oxydant, favorise notamment le relâchement du ruthénium sous forme d'oxydes hautement volatils et radio-toxiques. La disponibilité de l'oxydant pour le ruthénium dépend de l'état d'oxydation des gaines en zircaloy et du combustible. L'objectif de cette thèse a consisté en une mise à l'état de l'art de la modélisation de l'oxydation de ces constituants d'un assemblage, dans le code de scénarios accidentels MAAP. L'oxydation sous air des gaines conduit à la croissance d'une couche de zircone dense et, après fissuration, d'une couche poreuse. Les essais QUENCH-10 (KIT) et PARAMETER-SF4 (LUCH) ont été simulés : la loi de gain en masse de la couche de zircone dite 'NUREG' a été recommandée. Cette loi constitue le meilleur compromis, dans l'attente du développement de corrélations balayant l'ensemble du phénomène. Le relâchement du ruthénium suppose une volatilisation sous forme d'oxydes, notamment contrôlé par l'oxydation du combustible, dont la modélisation est basée sur une hypothèse de réaction en surface. Les simulations d'une sélection d'essais VERCORS (CEA) reproduisent de manière satisfaisante le comportement du ruthénium, en particulier pour les essais en air et en vapeur. Enfin, la définition d'un scénario réacteur avec entrée d'air en cuve a permis de déterminer un ordre de grandeur du temps nécessaire au relâchement complet du ruthénium encore présent en cœur, confronté aux résultats disponibles dans la littérature. Cette simulation dans MAAP a confirmé l'importance du relâchement de ruthénium sous air.

This work deals with severe accidents in nuclear power plants with an air ingress in the vesse!. Air, which is very oxidizing, enhances noticeably ruthenium release, due to a high fuel oxidation. Oxygen affinity is decreasing between zircaloy cladding, fuel and ruthenium which is released from fuel as volatile and radiotoxic oxides. The main objective was to develop models for cladding and fuel oxidation and ruthenium release and implement them in the severe accident code MAAP. For each phenomenon, the literature study contributes to establish numerical models, validated against specific experiments. Cladding oxidation by air leads to a dense zirconia layer and, after cracking, a porous zirconia. Its modelling was validated against QUENCH-10 (KIT) and PARAMETER-SF4 (LUCH) experiments and 'NUREG' oxide mass gain law was selected as the best current compromise. Ruthenium release is modelled as an instantaneous oxide volatilisation at the fuel surface, controlled by fuel oxidation, which is itself based on a surface reaction assumption. These models were validated against a selected set of VERCORS (CEA) experiments. Ruthenium release is well-reproduced, particularly for air and steam atmospheres. To finish, an accidental scenario with air ingress in the vessel was simulated : a first value was given for the time needed to completely release ruthenium still present in core and was compared to the other studies. This simulation underlines the high ruthenium release under air conditions.