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Enhancing Nuclear Safety


Research

Theses in progress

Testing and modeling of a cladding tube thermal-mechanical behavior during the boiling crisis phase of a Reactivity Initiated Accident


Host laboratory: ​​Mechanics and Materials Experimental Research Laboratory (LE2M)

Beginning of the thesis: October 2016

Student name: Thomas JAILIN


Subject description (in French)

Le comportement thermomécanique de la gaine lors d'un RIA (accident d'insertion de réactivité) est relativement bien connu lors de la phase initiale du transitoire (PCMI : Pellet Clad Mechanical Interaction), où la température de la gaine est faible et la déformation imposée par la dilatation thermique du combustible. Il n'en est pas de même lors de la phase de crise d'ébullition (post-DNB) où la température et la vitesse de chauffe de la gaine peuvent être très élevées (1 000 à 10 000 °C/s) sous pression interne. C'est dans ce contexte que s'inscrivent ces travaux de thèse : ils visent à identifier de façon expérimentale le comportement thermomécanique de la gaine dans des conditions représentatives d'un RIA, plus spécifiquement lors de la phase post-DNB de l'accident.


À ces fins, la méthode développée à l'INSA de Lyon par D. CAMPELLO, d'identification du comportement au fluage d'une gaine de Zirca1oy-4 sous conditions thermomécaniques représentatives d'un Accident de Perte de Réfrigérant Primaire (APRP), va être adaptée au cas de transitoires thermiques rapides plus représentatifs d'un RIA (1000 °C/s). La démarche consiste à appliquer un chargement thermomécanique hétérogène à l'éprouvette et à mesurer par des méthodes optiques les champs de températures et de déplacement en surface de l'éprouvette. Les paramètres d'une loi de comportement sont ensuite identifiés par recalage par éléments finis (FEMU). Cette méthodologie permet de réduire sensiblement le nombre d'essais nécessaires à l'identification du modèle du fait de la richesse des résultats obtenus lors d'un essai.


Les verrous identifiés sont de plusieurs types : le passage à un transitoire rapide implique de nombreuses problématiques liées à la perte d'axisymétrie de l'essai et impose une mesure couplée des champs thermiques et cinématiques dans la ROI (Region Of Interest). D'un point de vue modélisation, il est nécessaire de bien représenter le couplage thermo-métallurgique au moment du changement de phase allotropique (a —>a + B), qui, à ces vitesses de chauffe, ne respecte pas l'équilibre thermodynamique. Finalement, la nouvelle loi identifiée devra être implémentée dans SCANAIR qui simule de manière semi-intégrale le comportement thermomécanique d'un crayon combustible lors d'un RIA.


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