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AbstractAbstract
[en] In recent years, a new 4. generation of nuclear reactors is under development. The most promising candidate to fulfil the requirement in terms of sustainability, safety, economic competitiveness, reduced nuclear waste production and proliferation resistance is the Sodium-cooled Fast Reactor concept. In this context, the ASTRID project is launched at CEA since 2009. The ASTRID project involves large R and D investment aiming to demonstrate on an industrial scale the relevance and performance of innovative technological breakthroughs. One of these breakthroughs is an innovative severe accident mitigation strategy developed for the ASTRID reactor CFV-V3 core design. The mitigation is achieved by implementing special design mitigation transfer tubes into the core and an in-vessel core catcher. The transfer tubes are envisaged to evacuate the mixture of reactive molten materials from the core region and thus decrease the probability and amplitude of further energetic power excursions. For the pre-conceptual phase of French Generation IV SFR program, it is necessary to have a robust demonstration of the performance of the mitigation devices in order to reduce uncertainties influencing the safety assessment. The theoretical demonstration is currently based on best-estimate calculations with code SIMMER. Previous reactor calculations for the ASTRID design on severe accident scenarios with mitigation strategy have demonstrated that the discharge of degraded core inventory via transfer tubes may be efficient. On the other hand, SIMMER simulations highlighted uncertainties linked to the degraded core motion, in particular solid debris components inside the transfer tubes. The consideration of solid particles is of high importance in CFV concept where the low energetic natural behavior of the core prevents massive fuel melting and enhances the production of fuel debris from pellet fragmentation. In this context, the thesis focuses on the relocation mechanism of the degraded core inventory via transfer tubes in the frame of the SIMMER code. The objective is to improve SIMMER modelling of particle-size solid debris dynamics, in order to predict the scenario of molten/degraded core discharge with a higher confidence and to contribute therefore to the safety evaluation of future generation SFRs. The thesis work constitutes the development and validation of a comprehensive modelling set for the dynamics of dense particulate flows in the SIMMER-V code. Firstly, the general context in which the thesis work has been defined is exposed. Secondly, we focus on the localized physical phenomena taking place during the discharge process via the transfer tube and its current state-of-the-art numerical modelling by SIMMER code. In contrast to the state-of-the-art approach, the main outcomes of the bibliographic review around solid particle dynamics are presented. Concluding on this, the developed models (inspired by granular flow theory correlations) and their numerical implementation into the SIMMER code environment are introduced. The impact of such models is demonstrated through comparison with the original SIMMER particle approach through simplified test cases for which analytical or empirical solutions exist. After, the performances of the new models are studied for an integral effect test together with a sensitivity study highlighting the influence of uncertain modelling parameters. Then we return to the initial motivation of the thesis work about the simulation of the whole reactor in case of a reference accidental scenario. Following the entire transient evolution, the mitigation performance applying the newly developed particle dynamics models is assessed. Lastly, the conclusions are summarized, and perspectives for future research on the continuation of this work are outlined in the seventh chapter. (author)
[fr]
Depuis quelques annees, une nouvelle 4e generation de reacteurs nucleaires est en cours de developpement. Le candidat le plus prometteur pour repondre aux exigences en termes de durabilite, de securite, de competitivite economique, de reduction de la production de dechets nucleaires et de resistance a la proliferation est le concept de reacteur rapide refroidi au sodium. Le projet ASTRID est lance au CEA depuis 2009. Le projet ASTRID implique des investissements importants en R et D visant a demontrer a l'echelle industrielle la pertinence et la performance des ruptures technologiques innovantes. L'une de ces avancees est une strategie innovante d'attenuation des accidents graves developpee pour la conception du coeur du reacteur CFV-V3 d'ASTRID. L'attenuation est realisee en mettant en oeuvre des tubes de transfert d'attenuation de conception speciale dans la carotte et un collecteur de carottes dans le navire. Les tubes de transfert sont prevus pour evacuer le melange de materiaux fondus reactifs de la region du coeur et ainsi diminuer la probabilite et l'amplitude d'autres excursions de puissance energetique.Pour la phase pre-conceptuelle du programme francais SFR Generation IV, il est necessaire de disposer d'une demonstration robuste des performances des dispositifs d'attenuation afin de reduire les incertitudes influencant l'evaluation de la surete. La demonstration theorique est actuellement basee sur des calculs avec le code SIMMER. Des calculs de reacteurs anterieurs pour la conception ASTRID sur des scenarios d'accidents graves avec strategie d'attenuation ont demontre que le rejet du stock de coeur degrade via des tubes de transfert peut etre efficace. D'autre part, les simulations SIMMER ont mis en evidence des incertitudes liees au mouvement du coeur degrade, en particulier des composants de debris solides a l'interieur des tubes de transfert.La these porte sur le mecanisme de relocalisation du stock de coeurs degrades via des tubes de transfert dans le cadre du code SIMMER. L'objectif est d'ameliorer la modelisation SIMMER de la dynamique des debris solides granulometriques, afin de predire le scenario de decharge du coeur fondu/degrade avec une plus grande confiance et de contribuer ainsi a l'evaluation de la surete des futures generations de SFR. Le travail de these constitue le developpement et la validation d'un ensemble complet de modelisation de la dynamique des ecoulements denses de particules dans le code SIMMER-V. Dans un premier temps, le contexte general dans lequel le travail de these a ete defini est expose. Dans un second temps, nous nous concentrons sur les phenomenes physiques localises se deroulant lors du processus de decharge via le tube de transfert et sa modelisation numerique de pointe actuelle par le code SIMMER. Contrairement a l'approche de l'etat de l'art, les principaux resultats de la revue bibliographique autour de la dynamique des particules solides sont presentes. En conclusion, les modeles developpes (inspires des correlations de la theorie des ecoulements granulaires) et leur implementation numerique dans l'environnement de code SIMMER sont introduits. L'impact de tels modeles est demontre par comparaison avec l'approche particulaire originale SIMMER a travers des cas de tests simplifies pour lesquels des solutions analytiques ou empiriques existent. Ensuite, les performances des nouveaux modeles sont etudiees pour un test d'effet integral. Puis nous revenons a la motivation initiale du travail de these sur la simulation de l'ensemble du reacteur dans le cas d'un scenario accidentel de reference. Apres toute l'evolution transitoire, les performances d'attenuation en appliquant les nouveaux modeles de dynamique des particules sont evaluees. Enfin, les conclusions sont resumees et des perspectives de recherches futures sur la poursuite de ces travaux sont esquissees dans le septieme chapitreOriginal Title
Cheminement du combustible vers le recuperateur en situation de mitigation d'accident grave dans un reacteur a neutrons rapides a caloporteur sodium
Primary Subject
Source
24 Mar 2022; 176 p; 141 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; Mecanique des Fluides Energetique, Procedes
Record Type
Report
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
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