Korium rekuperátor

A "  corium rekuperátor  " (vagy angolul "  magfogó  ", szó szerint "szívfogó"), amelyet néha "hamutartónak" minősítenek, egy új berendezés, amelyet a nukleáris ipar javasol, vagy amelyet a korium visszanyeréséért felelős nukleáris biztonsági hatóság vet be. egy atomreaktor véletlen leolvadása. Ez a visszanyerés egy "szórókamrában" történik, amelynek vastag betonrétegből és lehűlt acélból álló padlója maga is "áldozóbeton" réteggel van bevonva, hogy ez a korium ne süllyedjen el. Ne a földbe, és hogy mégis ne hagyja el ezt a „konténer” zónát.

A legegyszerűbb megállapodás szerint ennek az eszköznek az első része az „edénykút” alja. A második egy ideiglenes dugó (áldozóbeton, amely megolvadáskor keletkezik), a harmadik a corium „elhajlási csatornája”, a negyedik pedig a „corium szóró kamra” (acél + „áldozóbeton” + vízrendszer hűtés), valamint egy hűtési és esetleg ellenőrző rendszer (hőmérsékletek, sugárzás, nyomások stb. mérése).

Hasznosság és üzemeltetés

A reaktor magja egy olvadt atomreaktor szerkezeti elemeinek tüzelőanyagából és szívéből áll, és kevert állapotban nagyon magas hőmérsékleten van, és intenzív sugárzást bocsát ki, ami gyorsan maróvá teszi az összes ismert anyagot. Ha minden jól megy, a rekuperátorban körülbelül 200 tonna korium stabilizálódhat néhány óra alatt és néhány nap alatt megszilárdulhat, ha az alja acélpadló, amelynek alapja uszonyokból áll (hőcserélő képes kb. 80 kW evakuálásra)  / m 2 ) vízzel lehűtve, és egy hónap alatt, ha az alja lehűtött tűzálló anyagból készül, de a hűtést mindkét esetben folytatni kell.
Az egyetlen olyan anyag, amely képes lassítani a koriumot, a rendkívül tűzálló kerámia és a speciális acélok, amelyeket folyamatosan hűteni kell (a maradék energiát el kell távolítani: kb. 35  MW ), körülbelül 200 tonna korium tömeg esetén.

A rendelkezésre álló modellektől függően a korium elterjedése a koriumnyelvek képződésével megszakad, majd a korium-beton keverék viszkoplasztikus bőr megjelenését eredményezi a felületen (kicsit olyan, mint az üvegtengelyes vulkáni láván). , míg a reaktorban a kiindulási keverék, amely főleg uránból és cirkónium-oxidokból áll, szilárd kéreget képez a felszínen. a saját hőt termelő koriumnak, ha ideiglenes felhalmozódást képez, végül el kell terjednie az elosztókamrában. A fő bizonytalanság a biztosítéktartó perforációs furatának nagyságában rejlik, amely a kamrába vezető ürítőcsövön nyílik. Ha ez a lyuk túl kicsi, akkor a korium terjedése túl lassan történhet.

Szerint ASN ez rekuperátor van „a legfontosabb tervezési eszköz vezérlésére a súlyos balesetek EPR” . Az EPR-ben a koriumot egy lejtős és cirkóniumfalas falakkal ellátott átviteli csatornán keresztül egy speciális kamrába terelik , hogy ne maradjon a reaktor alatt.

Történelem

A csernobili és a fukusimai katasztrófa előtt a koriumképződés kockázatát ( az ASN szerint "a legsúlyosabb balesetet, amelyet egy atomerőmű tapasztalhat" ) nagyon alacsonynak ítélték meg. Azóta a korium figyelembe vétele az egyik új nukleáris biztonsági prioritás .

Például az EDF -et a fessenheimi atomerőműben vezették be, mielőtt a2013. június 30, Egyrészt, hogy növelje a vastagsága, és a felszínen a „CORIUM terítési zóna” (recept FSH1-25) részeként a szabványoknak való megfelelés kiszabott következtetések fényében a „időszakos biztonsági felülvizsgálat”. » By ASN. Másrészt a2016. december 31, a kezelőnek emellett fel kell helyeznie „a cella tengelyében a tartály átszúrásának detektálását lehetővé tevő felesleges eszközöket, a szekrényben pedig a hidrogén jelenlétének kimutatását lehetővé tevő felesleges eszközöket. A műszereket arra használják, hogy a vezérlőben jelezzék a tartály korium általi átszúrását ”  ; végül számos redundáns rendszert kell telepíteni és működtetni, amelyek képesek észlelni a reaktorkamrában a korium beérkezését , valamint a hidrogén megjelenését a reaktor épületében.2012. december 31.
Az ASN azt is előírta az EDF-nek, hogy biztosítsa a jövőbeni Flamanville atomerőműben (Manche), hogy "A reaktorgödör és a koriumszóró kamra kialakítása és felépítése olyan, hogy a vízmennyiség valószínűleg ott lesz a korium kívüli öntése során. a hajó nem okozhat olyan gőzrobbantás, amely hatással lehet a integritását az elszigetelés  " .

Az egyik első francia helyreállítási kamarai terv, ahol úgy tűnik, hogy az elsőt a Framatome ANP javasolta .

2010-ben Franciaországban az „ASN főiskola” foglalt állást egy koriumgyűjtő szisztematikus telepítése mellett minden jövőbeni létesítményben.

2011-ben, ASN emlékeztet arra, hogy döntései engedélyezés feltétele a működési ügyészség (pl reaktorok n o  1 Fessenheim) „nem érinti azokat a kapott kiegészítő biztonsági értékelések (ECS) kezdeményezte, nemzeti és európai szinten, miután a fukusimai baleset” .

Kutatás

Lehetetlen és veszélyes egy igazi koriummal kísérletezni.

Van némi visszajelzésünk a balesetekről, de a tényleges viselkedésükről nagyon kevés adat áll rendelkezésre, még a csernobili és a fukusimai koriumokról is (amelyeket a kibocsátott hőmérséklet és radioaktivitás miatt nehéz megközelíteni). A koriumokat csak akkor fényképezheti le robot, ha létrejöttek és lehűltek, ezért a fizikusoknak kísérleti modellezéshez és szimulációkhoz kell folyamodniuk, hogy felmérjék maradék hőjüket, valamint a perforáció, az áthelyezés és a diffúzió „eseményeit”; ugyanez vonatkozik a viselkedésükre és a fizikai-kémiai változásokra, amelyek hatással vannak rájuk, ha vízzel vagy más anyagokkal találkoznak.

Ezeknek a modelleknek és vizsgálatoknak az adatai szerint a korium, amikor felhalmozódik az általa átszúrt reaktor alatt, még folyékonyabb, mint a láva; a reaktorgödör alján található „áldozati” betonréteg nem lehet se túl vastag, se nem túl vékony. Ennek a betonnak a megfelelő sebességgel meg kell olvadnia és erodálódnia kell, hogy a tartályban lévő összes koriumnak legyen ideje felhalmozódni a „biztosítéktartó” előtt, mielőtt megolvadna, tudva, hogy többféle corium áramlás lehetséges különböző furatokon keresztül vagy egymás után ugyanazon a lyukon keresztül véletlenszerű esetekben, alacsony maradékteljesítmény mellett.

Miután átlyukasztotta ezt az első betonpadlót, majd az olvadó acélajtót, az IRSN szerint " ennek a koriumnak az első öntése néhány tíz másodperc alatt elterjedt, miután a biztosítéktartóban megtört egy törés" . Az olvadt tömeg azonnal megemészti az „áldozati beton” (az IRSN által az eredetileg tervezettnél vastagabbnak javasolt betont) talaját, hogy a korium ne érje túl korán az acéllemezeket. a reaktorban volt ideje szétterülni a kamrában, egy automatikus rendszernek aktiválnia kell a szórókamra vízbefecskendező rendszerét. Valójában ebben a szakaszban a teljes korium nem volt képes leesni a tartályról, amikor már elkezdett áramlani az átadó csatornába (tűzálló anyagból áll).
A korium áramlásának jobb követése érdekében egy in situ műszerrel lehetővé kell tenni annak ellenőrzését, hogy a megmaradt tömegnek volt-e ideje elérni a szétterítő kamrát, mielőtt a vizet befecskendezték volna. Az áramlási sebesség különösen a corium által a „biztosítéktartóban” okozott törés méretétől és konfigurációjától függ.

Az ASN szerint a corium helyreállítási projekteken végzett elemzések nem kérdőjelezték meg ennek a koncepciónak az érvényességét, de "bizonyos tanulmányok további tanulmányozását el kell végezni azok hatékonyságának megerősítése érdekében" .

Műszaki elvek

A reaktortartály alá telepített corium rekuperátor göbös öntöttvasból készül (az EPR-hez ) [3], amely nagyon ellenáll a hőnek és a fúziónak, vagy egy másik tartályból áll (új reaktorokhoz. VVER 1000), amelyhez hűtőrendszer van beépítve.

EPR corium kollektor  :

1999-ben és 2000-ben az IRSN saját elemzései alapján validálta az első corium rekuperátor projektet az EPR számára. De a módosításokat 2004-ben javasolta a tervező. Ezeket a módosításokat elfogadták, miután elemzésüket az IRSN bemutatta a "Nukleáris Reaktorok Állandó Szakértői Csoportjának" ülésén.2004. november.

Ahhoz, hogy működőképes legyen, a corium kollektornak elegendő területen kell kiterjednie, mert:

Az EPR corium rekuperátor koriumszóró felülete 170  m 2 , tömege 500  t .

Működési elvek EPR típusú rendszerben minden olyan korium, amely esetleg átlyukasztotta a tartályt, először a tartály tengelyében halmozódik fel, amelynek alja 50  cm -es úgynevezett „áldozati” betonból áll (lásd a szemközti ábrát). Miután ezt az "áldozati betont" megrongálta és átlyukasztotta a korium, ez utóbbi találkozik egy "biztosítéktartóval" (2,4 m 2 és 4  cm vastag acéllemezzel  ), amely egyszer megolvadva lehetővé teszi a korium korábban "áthelyezését" e "kapu előtt" ”Áramlási csatornán keresztül áramlik a szórókamrába.Ezután a koriumot ezen a terítési területen egy passzív automatikus vízkeringési rendszerrel lehűtik a padlóban, majd a víz túlcsordulásával visszanyerik, lehetővé téve egyrészt annak megakadályozását, hogy a fémpadló is áldozati beton legyen. megolvadni, másrészt elkerülni a gőz robbanását azáltal, hogy a koriumot csak vízzel borítják be, miután eloszlatják és előhűtik.

Példák a szabályozási változások figyelembevételére

A flamanville a2012. május 9, Az ASN a következő tulajdonságokat vetette ki az EDF-re e korium rekuperátor esetében:

Ezenkívül az ASN felkérte az EDF-t, hogy hozzon létre megfelelő műszereket a következőkhöz:

Konkrét példák

Ha az amerikai AP1000 nem rendelkezik ilyennel , másrészt egyes reaktorok ilyen "rekuperátorokat" tartalmaznak a tervezésükben:

Az AES-91 , az Atomstroy orosz projekt, amely az első típusú magfogógépet exportálja az atomerőműbe, alapfelszereltségként integrálva. 2011 elején először két kínai , egy orosz konzorcium által épített VVER-1000 típusú reaktort szereltek fel a tianwani atomerőműben . Az ilyen típusú reaktorokhoz egy második, vastag „áldozati anyaggal” bélelt edényt helyeztek a fő tartály alá, hogy a korium kevésbé folyékony legyen és elősegítse hűtési képességét.

Kockázatok és veszélyek

Egy speciális szoftver (MAAP-4) segítségével modellezték a korium kilépésének feltételeit az edényből a mag megolvadása esetén, és az áldozati beton ablációjának kinetikáját szimulációkkal tanulmányozták (ARTEMIS - IRSN-EDF -CEA és BETA - FzK) és valódi anyagvizsgálatokkal (ACE, MACE-ANL; VULCANO - CEA-EDF-IRSN; CORESA - Framatome ANP), de még mindig vannak ismeretlenek .

A legfélelmetesebb kockázat a vízgőz robbanása . Kerülni kell a nagy gőzrobbanás lehetőségét a corium áradásakor, és a tervezés során figyelembe kell venni az olvadt víz-mag kölcsönhatásokból eredő terheléseket. A francia biztonsági hatóság (ASN) becslései összefoglaló dokumentumban jelentek meg2004. október 5hogy a cella áttörésének pillanatában a cella tengelyében és a szétterítő kamrában jelen lévő vízmennyiséget a tervezésnek kell korlátoznia. (Vö: www.asn.gouv.fr/data/information/tg_epr_fr.pdf).

Hivatkozások

  1. CPDP EPR és cégválasztás ; „Kockázatok” kérdés , Nyilvános vita az EPR-ről, ld .  A dokumentum PDF-változatának 26-ból 12 vagy 14
  2. A Nukleáris Biztonsági Hatóság elnökének CODEP-CAE-2012-023533 számú határozata (2012. május 9.) a Bouygues TP társaságnak, a Bouygues TP / Quille / Baudin Chateauneuf konzorcium ügynökének a gyártóüzemekre vonatkozó követelmények rögzítéséről előfeszített betonból és konkrét áldozati kerületén belül a BNI (BNI) n o  167 a város Flamanville (Manche)
  3. szerinti 1 skála szerint végzett vizsgálatokban Framatome ANP Erlangen, hivatkozott az ASN vezérlés Review, n o  164: az EPR 164 reaktorban , pdf lásd 45. oldal
  4. a folyóirat Ellenőrző ASN, n o  164: az EPR 164 , pdf lásd 36. oldal
  5. (Journeau, 2006,  166. o. )
  6. (Journeau, 2006,  166. o. )
  7. ASN Control Review, n °  164: az EPR 164 reaktor.pdf, lásd különösen a 37. oldalt: 2. ábra - A reaktor gödörének, az átviteli csatornának és a corium terjesztőkamrának a diagramja
  8. Press ASN, ASN állást a folyamatos működését a reaktor n o  1 a Fessenheim atomerőmű , 2011-07-04, elérhető 2012-01-04
  9. EDF-FSH-13 [ECS-19], 5/11. Oldal [a Nukleáris Biztonsági Hatóság 2012. június 26-i 2012-DC-0284 sz. Határozata az Electricité de France - Société Anonyme (EDF -SA) rögzítéséről ) alkalmazandó további követelmények, hogy a helyszínen energiatermelés Fessenheim (Haut-Rhin) megállapításai kiegészítő biztonsági értékelések (ECS) a BNI n o  75]
  10. [ASN-határozat, 2011-DC-0231 (PDF - 153,02 KB)]; A Nukleáris Biztonsági Hatóság 2011. július 4-i 2011-DC-0231 sz. Határozata az Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) a fessenheimi (Haut Rhin) atomerőműre alkalmazandó kiegészítő követelmények megállapításáról a a harmadik biztonsági felülvizsgálata a reaktor n o  1 BNI n o  75, megjelent július 4, 2011
  11. ASN 2008. szeptember 26-i 2008-DC-0114 határozata ] 2008-09-26 / ASN Hivatalos Értesítő; A Nukleáris Biztonsági Hatóság 2008. szeptember 26-i 2008-DC-0114 sz. Határozata az Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) követelményeinek a flamanville-i atomerőműre (Manche) vonatkozó követelményeinek a „Flamanville 3” reaktor (INB n o  167) Lásd a [INB167-21] page7 / 15
  12. ASN sajtóközlemény, az ASN bizottság álláspontjának közleménye: "  Milyen biztonsági szintet szereznek az egész világon épített új atomreaktorok számára?"  » Párizs, 2010. július 06
  13. A levél a Nukleáris Biztonsági Hatóság n o  20, Párizs, augusztus 1, 2011
  14. Spindler, B., Veteau, JM, 2004, Szétterülés szimulációja megszilárdulással: a THEMA-kód értékelési szintézise , jelentés CEA-R6053
  15. Foit, JJ, 2002, Szórás kerámia és beton aljzaton KATS kísérletekben , Proc. Annu. Találkozás Nucl. Technol
  16. Spengler C., Allelein H.-J., Spindler B., Veteau JM, Foit JJ, Alsmeyer H., Artnik J. (2004), Blind Benchmark Calculations for Melt Spreading in the ECOSTAR Project , Proc. Int. Congress Advances nucl. Erőművek (ICAPP'04), Pittsburgh, PA.
  17. Hans-Georg Willschütz, CFD-számítások a magfogó referenciaértékéhez  ; a Rossendorfi Kutatóközpont (FZR) tudományos és technológiai kutatási osztálya; ref FZR-257; 1999. április, PDF, 20 oldal
  18. ex: Wittmaack, R., 2000, A corium szétterjedésének numerikus szimulációja az EPR-ben CORFLOW-val , Wiss. Ber. FZKA, 6475, 201-211
  19. of Journal ASN Control, n o  164: az EPR 164 , pdf, lásd a 21. oldalt
  20. Konovalikhin Maxim. J. (2001), nyomozásokat olvadékszórási és coolability egy LWR súlyos baleset , ( ISSN  1403-1701 ) Kärnkarfsäkerhet 8, Kungl Tekniska Högskolan (Királyi Technológiai Intézet, Stockholm), doktori értekezés megvédte 2001 novemberében, PDF, 73 oldalas
  21. ASN Control Review, 164. sz .: EPR 164 reaktor , pdf, lásd a 36. oldalt
  22. Egy másik corium-helyreállító rendszer - IRSN: " A corium-helyreállításnak van egy másik elve is: abból áll, hogy a tartály alatt a korium teljes tömegét" összegyűjti "egy második dedikált tartályba, amelynek külső falait l lehűti. a korium ezen tömegének lehűtése. Ezt a rendszert különösen az új orosz nagynyomású vízreaktorokban - a VVER 1000-ben - használják, amelyeket már Kínában és Indiában építettek, és Bulgáriában terveztek (Béléné erőmű) . "
  23. Siempelkamp: magfogó - hűtőszerkezetek
  24. NAÜ-Dokumentum: Gyors tenyésztő reaktor-fejlesztés helyzete Németországban
  25. Konovalikhin, MJ, Theertan, SA, Sehgal, BR, 2000, kísérleti vizsgálat a jelenségek újrafelterjedésére , Proc. 8. Int. Konf. Nucl. Eng., Baltimore, Egyesült Államok, 2000. április.
  26. [1] (német nyelvű prospektus, amely leírja a finn EPR magfogójának fogalmát)
  27. Hogyan működik a corium kollektor? - IRSN: " A cella tengelye egy ürítőcsatorna segítségével kommunikál a kamrával. Mielőtt a csatornába áramlik, a koriumot összegyűjtik a cella tengelyének aljában, amely rendelkezik a" biztosítéktartó "nyitórendszerével. A vízkeringés a rendszer lehetővé teszi az alulról történő hűtést a terjesztési fázistól, és vízzel fedi a szétterített koriumot .
  28. Tájékoztató jelentés a Szenátushoz - Korium a tartályon kívül: " A korium visszanyerésének koncepciója, az EPR-ben a tartály repedését követően, a korium  elterjedésén alapszik a kút tartályán kívüli felületen és annak lehűlésén. átfolyással passzív rendszerekkel. A tutaj elterjedésének elősegítése és védelme érdekében egy áldozati anyagréteg borítja, amely keveredik a koriummal a rekuperátorba történő átvitel és a szétterítés során. "
  29. EPR Flamanville 3 betű - EDF - KÜLSŐ LEVEL - 4. sz. - 2012. SZEPTEMBER 7. - Innováció: a corium rekuperátor
  30. [az ASN 2008. szeptember 26-i 2008-DC-0114 határozata] 2008-09-26 / ASN Hivatalos Értesítő; A Nukleáris Biztonsági Hatóság 2008. szeptember 26-i 2008-DC-0114 sz. Határozata az Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) követelményeinek a flamanville-i atomerőműre (Manche) vonatkozó követelményeinek a „Flamanville 3” reaktor (INB n o  167) Lásd a [INB167-29] page7 / 15
  31. Vö. A 2007-534. Sz. Rendelet 2. cikkének III-3.3
  32. Areva prospektus: EPR - hivatkozási szám: G-61-V1-07-GER
  33. AtomStroyExport News "Archivált másolat" (2011. október 4-i verzió az Internetes Archívumban )
  34. [2] (Pulitzer Krízisjelentési Központ és Scientific American)
  35. WNA - nukleáris energia Oroszországban
  36. Christophe Journeau (2008), A Plinius platform prototípusú anyagainak tesztjeinek hozzájárulása a nukleáris reaktorokban bekövetkezett súlyos balesetek tanulmányozásához , akkreditációs tézis az energetikai mechanika közvetlen kutatásához (Orléans-i Egyetem), Commissariat à atomic, Cadarache, LEMAG; 2008. június, CEA-R-6189, ( ISSN  0429-3460 ) , PDF, lásd: 14/227 és ábra: 19, lásd még Svetlov et al., 2003
  37. KORIUMSAL KAPCSOLÓDÓ JAVÍTÁSOK A MAAP-KÓD EFFORMÁCIÓJÁBAN A SÚLYOS BALESETTANULMÁNYOK KERETÉBEN - NURETH-16 konferencia Chicagóban - 2015. szeptember
  38. ReactorEPRDasnMay2005
  39. nyomás alatt álló vízreaktorokban bekövetkezett súlyos balesetekkel kapcsolatos kutatás és fejlesztés: értékelés és kilátások (IRSN-2006/73 Rev 1 jelentés - CEA-2006/474 Rev 1 jelentés)

Függelékek

Kapcsolódó cikkek


Külső linkek

Bibliográfia