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Enhancing Nuclear Safety


Research

Theses in progress

Dust mobilization by flashing of liquid jet: Application to the problematic of loss of vacuum due to water ingress in the ITER facility


Host laboratory: ​Aerosol Physics and Metrology Laboratory (LPMA)

Beginning of the thesis: October 2016

Student name: Benjamin BLAISOT


Subject description (in French)

Dans le cadre de la construction du tokamak ITER, il est nécessaire pour l'IRSN de disposer de connaissances pour évaluer les termes sources de contamination susceptibles d'être relâchés dans l'environnement lors de différents scénarios d'accident. Dans le cas d'une perte de vide accidentelle causée par la rupture d'une canalisation du circuit de refroidissement, de l'eau sous pression et surchauffée peut être injectée dans la chambre du tokamak (accident appelé ICE, Ingress of Coolant Event). Cette eau se vaporisera brutalement du fait du changement de pression, passant de plusieurs bars au vide (10-7 Pa dans le tore d'ITER). Une telle vaporisation, aussi appelée flash-boiling, provoque une évaporation rapide du liquide dès la sortie du jet voire même dans le circuit de refroidissement en amont de la brèche. De cette évaporation découle une atomisation violente par effet thermique, semblable à de l'atomisation effervescente, qui disperse le liquide à des angles pouvant dépasser les 90°.


Au sein d'ITER, les parois métalliques de la chambre à vide du tokamak seront érodées par le plasma, ce qui produira des quantités importantes de poussières de béryllium et de tungstène susceptibles d'être mobilisées lors de l'ICE. L'évaluation des conséquences d'explosions de poussières et d'hydrogène sur la tenue du confinement nécessite donc d'étudier les phénomènes physiques influençant la mobilisation des poussières dans la chambre à vide.


Le but de la thèse est d'étudier la mise en suspension des poussières par l'injection d'eau sous condition de flash-boiling en cas d'accident de type ICE.


Dans un premier temps, des approches expérimentale et numérique du phénomène de flash-boiling seront effectuées pour bien comprendre les mécanismes mis en jeu afin d'investiguer, dans un second temps, les phénomènes d'interaction entre les poussières et l'évaporation éclair du jet.


La conception d'une petite chambre à vide permettant l'étude analytique de l'évaporation éclair de jets d'eau a été effectuée ces derniers mois. Cette chambre sera instrumentée avec différents diagnostics optiques pour caractériser l'écoulement multiphasique résultant, tel que la PIV (Particle Image Velocimetry) rapide, l'ombroscopie et la PDA (Phase Doppler Anemometry).


En parallèle, la prise en main d'un code de calcul d'évaporation de gouttelette et son extension aux conditions ITER sont en cours (ACACIA).


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