Published February 5, 2016 | Version v1
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Impact of aerosols emitted during a fire on the containment of nuclear facilities

  • 1. Institut de radioprotection et de surete nucleaire - IRSN, Laboratoire de physique et de metrologie des aerosols, IRSN/PSN-RES/SCA/LPMA (France)

Description

This research, carried out within IRSN's Laboratory of Physics and Metrology of Aerosols (LPMA) in Saclay, are motivated by the need to develop models that can predict the levels and consequences of particulate emissions encountered in fire accident situations. A synthetic scheme presents all research topics related to the impact of these particulate emissions, i.e. the suspension of radioactive particles during fire, the production of carbon aerosols by combustion processes and the physico-chemical behavior of aerosols emitted during a fire. The first theme aims to predict the amount of radioactive material particulates that can be suspended in the event of a fire and at the same time be transported to the fire room or to the ventilation network. This first part focuses more specifically on the work done on the suspension of radioactive particles during a glove box fire involving polymeric materials. The second theme aims to predict the properties of the particles emitted specifically by the thermal degradation of the materials involved during a fire. The knowledge of the physicochemical characteristics of these aerosols is essential if one wants to understand their behavior within a nuclear base facility (NBF). The metrological developments carried out are detailed and applied to characterize the particulate emissions and predict their physico-chemical properties. The third thematic aims mainly to develop a predictive model of pressure drop in high efficiency filters used as containment barrier within NBF ventilation networks. To do this, estimating the amount of particles that can be trapped by the filter requires understanding of the mechanisms of transport and evolution of aerosols within the local fire headquarters and the ventilation network. The agglomeration and thermophoresis deposit of these particles is studied. In a second step all the experimental and theoretical developments carried out in order to predict the clogging of the filters with very high efficiency by representative fire soot are detailed. Recent developments on the mechanisms of oxidation and sorption of water on soot and the metrological developments undertaken to characterize their surface chemistry are presented. (author)

Abstract (French)

Les travaux scientifiques presentes portent sur l'impact des aerosols emis lors d'un incendie sur le confinement des installations nucleaires. Ces activites, menees au sein du Laboratoire de Physique et de Metrologie des Aerosols (LPMA) de l'IRSN Saclay, sont motivees par la necessite de developper des modeles pouvant predire les niveaux et les consequences d'emissions particulaires rencontrees dans les situations accidentelles que sont les incendies. La Figure 1 presente sous forme d'un schema synthetique l'ensemble des thematiques de recherche liees a l'impact de ces emissions particulaires. Ces dernieres sont au nombre de trois et portent sur la mise en suspension de particules radioactives lors d'incendie, la production d'aerosols carbones par procedes de combustion et le comportement physico-chimique des aerosols emis lors d'un incendie. La premiere thematique vise a predire la quantite de matiere radioactive particulaire pouvant etre mise en suspension en cas d'incendie et par la meme occasion etre transportee dans le local siege de l'incendie ou encore le reseau de ventilation. Cette thematique est un sujet majeur de preoccupation de l'IRSN et doit fournir des modeles et donnees consolides afin de repondre aux questions d'expertise de l'Institut. Cette premiere partie s'interessera plus specifiquement aux travaux realises sur la mise en suspension de particules radioactives lors d'un incendie de type boite a gants impliquant des materiaux polymeres. La seconde thematique vise a predire les proprietes des particules emises specifiquement par la degradation thermique des materiaux mis en jeu lors d'un incendie. La connaissance des caracteristiques physico-chimiques de ces aerosols s'avere indispensable si l'on souhaite comprendre leur comportement au sein d'une INB. Les developpements metrologiques realises seront detailles puis appliques afin de caracteriser les emissions particulaires et de predire les proprietes physico-chimiques de celles-ci. La troisieme thematique vise principalement a developper un modele predictif de perte de charge des filtres a Tres Haute Efficacite (THE) utilises comme barriere de confinement au sein des reseaux de ventilation des INB. Pour ce faire, l'estimation de la quantite de particules pouvant etre piegees par le filtre necessite d'apprehender les mecanismes de transport et d'evolution des aerosols au sein du local siege de l'incendie et du reseau de ventilation. Les travaux realises sur l'agglomeration et le depot par thermophorese de ces particules seront donc presentes. Dans un second temps seront detailles l'ensemble des developpements experimentaux et theoriques realises afin de predire le colmatage des filtres a tres haute efficacite par des suies representatives d'incendie. Seront finalement presente les recents developpements menes sur les mecanismes d'oxydation et de sorption de l'eau sur les suies ainsi que les developpements metrologiques entrepris afin de caracteriser leur chimie de surface. (auteur)

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Original title (French)
Impact des aerosols emis lors d'un incendie sur le confinement des installations nucleaires

Publishing Information

ISBN
978-2-9545237-9-8
Imprint Pagination
184 p.
Report number
FRNC-TH--10534

Optional Information

Notes
312 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses