Débit d'eau : 40 g/sec
Diamètre du tube : 180 mm
Diamètre des billes : 4 mm
La seconde étape se déroule à partir de la fin de l'année 2014, dans le dispositif d’essai Pearl, constitué d’un cylindre de 540 mm de diamètre en quartz et contenant environ 500 kg de particules en acier.
Les résultats obtenus entre 2010 et 2012
Les campagnes expérimentales menées de 2010 à 2012 sur le dispositif Prelude ont permis de démontrer la faisabilité du renoyage d’un lit de billes porté à 900 °C, tout en maintenant un dépôt de puissance de 200 W/kg dans le lit pendant l’injection d’eau. Les thermocouples implantés au sein du lit à différents niveaux (voir figure) permettent de suivre la progression du front de trempe, c'est-à-dire la frontière séparant la zone où les billes ont été refroidies (en bas) de la zone où les billes sont encore chaudes et où se produit une ébullition intense. On a également pu mesurer la pression au sein du lit de billes et le débit de vapeur produite.
Température dans le lit de débris pendant le renoyage. © IRSN
Au-delà des essais de qualification des techniques à mettre en oeuvre dans Pearl, plusieurs campagnes, représentant plus d’une centaine d’essais, ont été réalisées dans Prelude, dans le but d’apporter des résultats utiles à la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu au cours du renoyage et d’améliorer les corrélations utilisées aujourd’hui dans les logiciels de simulation Icare/Cathare et Astec.
On a ainsi pu estimer le flux de chaleur maximal extrait des billes par l’eau en fonction de leur température. On a aussi déterminé la vitesse de progression du front de trempe en fonction de la vitesse d’injection, de la température initiale et de la taille des billes. La mesure du débit de vapeur produit a permis d’évaluer l’efficacité du refroidissement, pour différentes conditions de renoyage. Enfin, on a pu constater que, sous certaines conditions, une partie des billes peut être soulevée par la vapeur qui traverse à très grande vitesse la partie haute du lit. Ce phénomène, dit de "fluidisation", est favorable à un refroidissement efficace.
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Exemple de calcul de la progression de l’eau dans le lit de billes (le front de trempe se situe à la limite de la zone bleue). © IRSN | Comparaison de la vitesse de progression du front de trempe mesurée à celle calculée, à différentes positions radiales du lit de billes. © IRSN |
Les campagnes d’essais de 2012 ont mis en jeu un lit de billes entouré d'une zone de plus grande porosité où l’eau peut s’écouler plus facilement. Cette situation est davantage représentative de la situation "réacteur" parce qu’un cœur endommagé présente des hétérogénéités importantes et la progression de l’eau se fait d’abord par les voies offrant le moins de résistance. On peut ainsi évaluer l’impact de ce by-pass sur le refroidissement du lit de billes qu’il entoure.
Les campagnes d’essais dans l’installation Pearl
L’installation Pearl est, de par ses caractéristiques de taille et de variations de paramètres, unique au monde. Elle permet de simuler à l’échelle ¼ le cœur d’un réacteur.
Le diamètre de la section d’essai (5 fois plus grand que celui de Prelude) permettra de mieux analyser les effets bidimensionnels sur les écoulements d’eau et de vapeur, induits par la présence d’un by-pass à la périphérie du lit de particules. De plus, les essais se dérouleront sous une pression pouvant aller jusqu’à 10 bar, ce qui n’était pas possible dans Prelude.
Le dimensionnement de l’installation Pearl permet d’étudier les effets du débit d’eau injecté (2 à 50 m3/h), de la pression du système (1 à 10 bar), de la température initiale du lit de débris (400 à 900 °C), de la sous-saturation de l’eau injectée, du chauffage (0 à 300 W/kg, simulant la puissance résiduelle du cœur), sur le renoyage. Le lit de débris peut être constitué de billes de taille identique (lit homogène) ou d’un lit de débris hétérogène avec des billes de taille variable, chauffées (billes métalliques) ou non chauffées (billes en quartz).
Installation Pearl © IRSN
Quatre campagnes d’essais sont prévues, dont certaines impliqueront l’installation Prelude :
- Campagne 1 (2014-2015) : Renoyage du lit de débris homogène (particules de même taille) - paramètres d’étude : débit, pression et température
- Campagne 2 (2016) : Effet des caractéristiques géométriques du lit de débris - paramètres d’étude : distribution du diamètre des particules et taille du by-pass
- Campagne 3 (2017) : Étude d’une zone compacte dans un lit de débris
- Campagne 4 (2018) : Étude de l’effet de l’oxydation de matériaux métalliques et production d’hydrogène