Etude et modélisation pour l’interprétation des essais de gerbage statique dans le coeur du réacteur Phénix

Abstract

Entre 1989 et 1990, le réacteur RNR-Na, Phénix, a connu une série d’oscillations brusques de la réactivité, appelées « Arrêts d’Urgence par Réactivité Négative », aboutissant à la chute des barres et à l’arrêt du réacteur. Un gerbage du coeur suivi d’une recompaction des assemblages serait l’explication la plus plausible de ces événements. Lors des essais de fin de vie de la centrale, des expériences ont été menées dans le but de mieux comprendre ces phénomènes et d’établir l’effet en réactivité provoqué par différentes déformations du coeur. Il a été vérifié que le gerbage statique du coeur s’accompagnait d’une insertion de réactivité négative mais les résultats des simulations réalisées en appui de l’expérience restent loin des mesures réelles. L’objectif de ce stage a donc été de mettre en place des modèles de simulation qui permettraient de mieux s’ajuster aux résultats expérimentaux du gerbage statique du coeur de Phénix. De plus, il a été introduit une hypothèse de blocage des couronnes extérieures du coeur qui, selon M. Yves Tigeot, pourrait être la cause des phénomènes AURN. Ces nouveaux modèles, couplant mécanique et neutronique, pourront être utilisés, ensuite, pour reproduire les signaux enregistrés lors des AURN et ainsi avancer dans leur compréhension. Le coeur modélisé est celui du réacteur Phénix dans les conditions les plus semblables possible à celles des essais de gerbage statique. Certaines simplifications ont été faites pour arriver à un compromis entre précision et temps de calcul. Pour la partie mécanique, il a été utilisé le code CASTEM. A partir des différents scénarios de gerbage statique, représentés par une poussée et des conditions de contour, il fournit les déplacements des assemblages sur plusieurs hauteurs. On obtient ainsi la géométrie déformée du coeur de façon précise. Les plateformes SALOME et MED permettent la transition entre les résultats du code mécanique et les jeux de données des modélisations neutroniques. Pour la partie neutronique, deux modèles ont été mis en place. Le premier, utilisant le code déterministe APOLLO3, cherche à représenter la déformation du coeur par des dilutions du combustible dans le sodium. On fait, pour cela, varier les concentrations des différents matériaux dans les cellules d’un maillage de calcul fixé. Sa mise en place a présenté certaines difficultés qui ont provoqué de nombreuses modifications de conception ; il est encore en voie de développement. Dans le deuxième modèle, pour lequel on utilise le code Monte-Carlo TRIPOLI4, c’est la géométrie déformée réelle 3D qui est représentée. Il permet déjà de calculer les effets en réactivité provoqués par le gerbage statique du coeur. Les premiers résultats sans blocages sont cohérents avec les simulations précédentes, mais restent toujours éloignés des mesures expérimentales. L’introduction de blocages latéraux et de déformations hétérogènes dans le modèle diminue l’écart par rapport à l’expérimentation : l’hypothèse Tigeot est donc renforcée. La mise en place et l’optimisation de ces modèles mécaniques et neutroniques plus performants pourra faciliter l’étude et la compréhension des phénomènes AURN.