Recuperatore di corio

Il "  corium recuperator  " (o "  core catcher  " in inglese, letteralmente "heart catcher"), talvolta qualificato come "posacenere", è una nuova apparecchiatura proposta dall'industria nucleare o imposta dall'autorità di sicurezza nucleare competente per il recupero del corium derivante da la fusione accidentale di un reattore nucleare. Questo recupero viene effettuato in una "camera di spandimento" il cui pavimento costituito da uno spesso strato di cemento e acciaio raffreddato è esso stesso ricoperto da uno strato di "cemento sacrificale" in modo che questo corium non affondi. non lasciare questa zona di “contenimento”.

Nella disposizione più consensuale oggi, la prima parte di questo dispositivo è il fondo del "pozzo della nave". Il secondo è un tappo temporaneo (cemento sacrificale che cederà quando si scioglie), il terzo è un "canale di deflessione" del corium, e il quarto è una "camera di diffusione del corium" (acciaio + "cemento sacrificale" + sistema di acqua raffreddamento) e un sistema di raffreddamento ed eventualmente monitoraggio (misura di temperature, radiazioni, pressioni, ecc.).

Utilità e funzionamento

Il corio di un reattore è costituito da combustibile e cuore degli elementi della struttura di un reattore nucleare fuso e miscelato, è ad altissima temperatura, ed emette intense radiazioni, che lo rendono rapidamente corrosivo per tutti i materiali conosciuti. Se tutto va bene, nel recuperatore, circa 200 tonnellate di corio possono essere stabilizzate in poche ore e solidificate in pochi giorni se il fondo è un pavimento in acciaio la cui base è costituita da alette (scambiatore di calore in grado di evacuare fino a circa 80  kW / m 2 ) raffreddato ad acqua, e in un mese se il fondo è in refrattario raffreddato, ma in entrambi i casi il raffreddamento deve poi proseguire.
Gli unici materiali in grado di rallentare un corio sono ceramiche altamente refrattarie e acciai speciali che devono essere costantemente raffreddati (potenza residua da rimuovere: circa 35  MW ) per una massa corica di circa 200 tonnellate.

A seconda dei modelli disponibili, la diffusione del corium sarà discontinua con la formazione di lingue di corium, quindi la miscela corium-calcestruzzo comporterà la comparsa di una pelle visco-plastica sulla superficie (un po 'come sulla lava vulcanica vetrosa) , mentre nel reattore la miscela iniziale costituita principalmente da ossidi di uranio e zirconio formerebbe una crosta solida sulla superficie. il corio che produce il proprio calore, se forma accumuli temporanei, deve eventualmente diffondersi nella camera di spandimento. L'incertezza principale risiederebbe nella dimensione del foro di perforazione dell'apertura del portafusibili sul tubo di scarico in questa camera. Se questo foro è troppo piccolo, la diffusione del corio potrebbe essere eseguita troppo lentamente.

Secondo ASN, questo recuperatore è "il dispositivo di progettazione chiave per il controllo degli incidenti gravi in ​​una EPR" . Nell'EPR il corio viene deviato attraverso un canale di trasferimento, inclinato e con pareti in zirconia , in un'apposita camera, in modo da non rimanere sotto il reattore.

Storia

Prima dei disastri di Chernobyl e Fukushima , il rischio di formazione di corium ( "l'incidente più grave che una centrale nucleare possa subire" secondo ASN ) era considerato molto basso. Da allora, prendere in considerazione il corium è stata una delle nuove priorità per la sicurezza nucleare .

Ad esempio, EDF , nella centrale nucleare di Fessenheim è stato imposto, prima del30 giugno 2013, Da un lato, di aumentare lo spessore e la superficie della “zona corium diffusione” (prescrizione FSH1-25) come parte della sua conformità agli standard imposti in considerazione delle conclusioni di una “revisione di sicurezza” » By ASN. D'altra parte prima del31 dicembre 2016l'operatore deve inoltre porre in atto “nel vano cella mezzi ridondanti che consentano di rilevare lo sfondamento del serbatoio e nell'involucro ridondanti mezzi che consentano di rilevare la presenza di idrogeno. La strumentazione è utilizzata per segnalare in sala controllo lo sfondamento della vasca da parte del corio ”  ; infine, diversi sistemi ridondanti in grado di rilevare l'arrivo del corio nella fossa del reattore nonché l'aspetto dell'idrogeno nell'edificio del reattore devono essere installati e operativi prima del31 dicembre 2012.
ASN ha anche richiesto a EDF di garantire alla futura centrale nucleare di Flamanville (Manche) che "La progettazione e la costruzione del pozzo del reattore e della camera di spandimento del corium sono tali che la quantità di acqua è probabile che sia presente durante il versamento del corium all'esterno. la nave non può provocare un'esplosione di vapore che potrebbe compromettere l'integrità del contenimento  " .

Uno dei primi piani della camera di recupero francese, dove il primo sembra essere stato proposto da Framatome ANP .

Nel 2010, in Francia, il “Collegio ASN” ha preso posizione per l'installazione sistematica di un collettore di corium in tutte le installazioni future.

Nel 2011, ASN ricorda che le sue decisioni di autorizzazione al procedimento condizionale di esercizio (es. Per i reattori n °  1 di Fessenheim) "fatte salve quelle conseguenti valutazioni di sicurezza complementare (ECS) avviate, a livello nazionale ed europeo, a seguito dell'incidente di Fukushima" .

Ricerca

È impossibile e pericoloso sperimentare un vero corium.

Abbiamo alcuni riscontri sugli incidenti, ma esistono pochissimi dati sul loro comportamento effettivo, anche per i cori di Chernobyl e Fukushima (difficili da avvicinare a causa della temperatura e della radioattività che emanano). I corium possono essere fotografati da un robot solo una volta che sono stati formati e raffreddati, quindi i fisici devono ricorrere a modelli e simulazioni sperimentali per valutare il loro calore residuo e gli "eventi" di perforazione, trasferimento e diffusione; lo stesso vale per il loro comportamento e le modificazioni fisico-chimiche che li influenzano quando incontrano acqua o materiali diversi.

Secondo i dati forniti da questi modelli e prove, il corio quando si accumula sotto il reattore che ha perforato è ancora più fluido della lava; lo strato di cemento "sacrificale" sul fondo del pozzetto del reattore non deve essere né troppo spesso né troppo sottile. Questo calcestruzzo, infatti, deve fondersi ed erodersi alla giusta velocità in modo che tutto il corio contenuto nella vasca abbia avuto il tempo di accumularsi a monte del “portafusibili” prima che fonda, sapendo che più flussi di corio sono possibili attraverso fori diversi o successivamente attraverso lo stesso foro durante scenari accidentali con bassa potenza residua.

Dopo aver perforato questo primo pavimento di cemento e poi la porta di acciaio fusibile, secondo l'IRSN "il primo getto di questo corium si diffonde in poche decine di secondi dopo l'apparizione di una breccia nel portafusibili" " . La massa fusa inizia immediatamente a corrodere il terreno del "cemento sacrificale" (calcestruzzo che l'IRSN ha proposto essere più spesso di quanto inizialmente previsto in modo che il corio non raggiunga le piastre d'acciaio troppo presto, cioè non prima di tutto il corio nel reattore ha avuto il tempo di stendersi nella camera, un sistema automatico deve attivare il sistema di iniezione dell'acqua della camera di spandimento.è, infatti, in questa fase, l'intero corio non è riuscito a cadere dalla vasca quando ha già ha iniziato a fluire nel canale di trasferimento (costituito da un materiale refrattario).
per seguire meglio il flusso del corio, una strumentazione in situ deve consentire di verificare che la massa residua abbia avuto il tempo di raggiungere la camera di spandimento prima dell'iniezione dell'acqua La velocità del flusso dipenderà in particolare dalle dimensioni e dalla configurazione della rottura fatta dal corio nel “portafusibili”.

Secondo ASN, le analisi condotte sui progetti di recupero del corium non hanno messo in discussione la validità di questo concetto, ma "occorre ancora approfondire alcuni studi per confermarne l'efficacia" .

Principi tecnici

Il recuperatore di corio , installato sotto il vaso del reattore , è una struttura in ghisa sferoidale (per l' EPR ) [3] altamente resistente al calore e alla fusione, oppure costituito da un altro vaso (per i nuovi reattori. VVER 1000) e al quale un sistema di raffreddamento è integrato.

Collettore di corio EPR  :

Nel 1999 e nel 2000, sulla base delle proprie analisi, l'IRSN ha convalidato un primo progetto di recuperatore di corio per l'EPR. Ma le modifiche sono state proposte nel 2004 dal designer. Queste modifiche sono state accettate dopo che la loro analisi è stata presentata dall'IRSN in una riunione del "Gruppo permanente di esperti per i reattori nucleari" anovembre 2004.

Per essere funzionale, un collettore di corium deve estendersi su un'area sufficiente perché:

Il recuperatore di corio EPR ha una superficie di diffusione del corio di 170  m 2 e ha una massa di 500  t .

Principi di funzionamento In un sistema di tipo EPR, l'eventuale corio che può aver perforato la vasca si accumulerà prima nel pozzetto della vasca, il cui fondo è costituito da 50  cm di cemento cosiddetto “sacrificale” (vedi diagramma a lato). Una volta che questo "cemento sacrificale" è stato eroso e perforato dal corio, quest'ultimo incontra un "portafusibile" (piastra di acciaio di 2,4  m 2 e 4  cm di spessore), che una volta fuso consente il corium precedentemente "Riposizionato" a monte di questo "cancello ”, Per fluire attraverso un canale di flusso, nella camera di spandimento.Il corium sarebbe quindi raffreddato in questa zona di spandimento da un sistema automatico passivo di circolazione dell'acqua nel pavimento, quindi recupero per tracimazione dell'acqua, consentendo da un lato di evitare il pavimento metallico anch'esso rivestito di cemento sacrificale. , sciogliere e, dall'altro, evitare un'esplosione di vapore coprendo il corium con acqua solo dopo averlo steso e preraffreddato.

Esempi di presa in considerazione da modifiche normative

A Flamanville , il9 maggio 2012, ASN ha imposto a EDF le seguenti caratteristiche per questo recuperatore di corio:

Inoltre, ASN ha chiesto a EDF di predisporre una strumentazione adeguata per:

Esempi concreti

Se l' americano AP1000 non ne prevede nessuno, d'altra parte alcuni tipi di reattori ora includono tali "recuperatori" nella loro progettazione:

L' AES-91 , il progetto russo Atomstroyexport del primo tipo di core catcher al nucleare integrato come equipaggiamento standard. All'inizio del 2011, per la prima volta, due reattori cinesi di tipo VVER-1000 , costruiti da un consorzio russo, ne sono stati equipaggiati presso la centrale nucleare di Tianwan . Per questo tipo di reattore, un secondo vaso rivestito con uno spesso “materiale sacrificale” è stato posto sotto il vaso principale, per rendere il corium meno fluido e favorirne la capacità di raffreddamento.

Rischi e pericoli

Un software specifico (MAAP-4) è stato utilizzato per modellare le condizioni di uscita del corium dal vaso in caso di core melt, e la cinetica di ablazione del cemento sacrificale è stata studiata mediante simulazioni (ARTEMIS - IRSN-EDF -CEA e BETA - FzK) e con prove su materiali reali (ACE, MACE- ANL; VULCANO - CEA-EDF-IRSN; CORESA - Framatome ANP), ma ci sono ancora incognite .

Il rischio più temuto è l' esplosione del vapore acqueo . La possibilità di una grande esplosione di vapore durante l'allagamento del corium dovrebbe essere evitata e nel progetto dovrebbero essere considerati i carichi derivanti dalle interazioni acqua fusa-nucleo. L'autorità di sicurezza francese (ASN) stima in un documento di sintesi pubblicato in data5 ottobre 2004che la quantità di acqua che potrebbe essere presente nell'albero della cella e nella camera di spandimento al momento del passaggio della cella deve essere limitata dalla progettazione. (Cfr: www.asn.gouv.fr/data/information/tg_epr_fr.pdf).

Riferimenti

  1. CPDP EPR e scelta dell'azienda; Questione “Rischi” , Dibattito pubblico sull'EPR, vedi p.  12 o 14 di 26 della versione PDF di questo documento
  2. Decisione del Presidente dell'Autorità per la sicurezza nucleare n ° CODEP-CAE-2012-023533 del 9 maggio 2012 che fissa per la società Bouygues TP, agente del consorzio Bouygues TP / Quille / Baudin Chateauneuf, i requisiti applicabili agli impianti di produzione di cemento armato precompresso e cemento sacrificale entro il perimetro della BNI (BNI) n °  167 del comune di Flamanville (Manche)
  3. secondo scala 1 test effettuati da Framatome ANP di Erlangen, citato in ASN Control Review, n °  164: il reattore EPR 164 , pdf vedi pag.45
  4. della rivista ASN controllo, n o  164: l'EPR 164 , pdf veda pagina 36
  5. (Journeau, 2006, p.  166 )
  6. (Journeau, 2006, p.  166 )
  7. ASN Control Review, n °  164: il reattore EPR 164.pdf vedi in particolare pagina 37: Figura 2 - Schema della fossa del reattore, del canale di trasferimento e della camera di spandimento del corium
  8. Press ASN, ASN prende posizione sul funzionamento continuato del reattore n o  1 della centrale nucleare di Fessenheim , 2011-07-04, accesso 2012-01-04
  9. EDF-FSH-13 [ECS-19], pag 5/11 in [decisione n ° 2012-DC-0284 dell'Autorità per la sicurezza nucleare del 26 giugno 2012 che fissa Electricité de France - Société Anonyme (FES -SA ) requisiti aggiuntivi applicabili al sito di produzione di energia di Fessenheim (Haut-Rhin) sui risultati delle valutazioni della sicurezza complementare (ECS) di BNI n .  75]
  10. [Decisione ASN n ° 2011-DC-0231 (PDF - 153,02 KB)]; Decisione n ° 2011-DC-0231 dell'Autorità per la sicurezza nucleare del 4 luglio 2011 che fissa a Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) i requisiti aggiuntivi applicabili alla centrale nucleare di Fessenheim (Haut Rhin) alla luce delle conclusioni di la terza revisione della sicurezza del reattore n °  1 BNI n °  75, pubblicata il 4 luglio 2011
  11. Decisione ASN 2008-DC-0114 del 26 settembre 2008 ] 26 - 09 - 2008 / Bollettino Ufficiale ASN; Decisione n ° 2008-DC-0114 del 26 settembre 2008 dell'Autorità per la sicurezza nucleare che stabilisce Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) con i requisiti relativi alla centrale nucleare di Flamanville (Manche) per la progettazione e la costruzione del Reattore “Flamanville 3” (INB n °  167) Vedi punto [INB167-21] pagina7 / 15
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  13. La lettera dell'Autorità per la sicurezza nucleare n .  20, Parigi, 1 agosto 2011
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  19. della ASN Control Journal, n o  164: l'EPR 164 , pdf vedere pagina 21
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  21. ASN Control Review, n ° 164: il reattore EPR 164 , pdf vedi pag.36
  22. Un altro sistema di recupero del corio - IRSN: " C'è un altro principio del recupero del corio: consiste nel" raccogliere "tutta la massa di corio sotto la vasca in una seconda vasca dedicata, le cui pareti esterne sono raffreddate da l. Si tratta quindi di un questione di raffreddare questa massa di corio. Questo sistema è utilizzato in particolare sui nuovi reattori russi ad acqua pressurizzata - il VVER 1000 - già costruiti in Cina e India e progettati in Bulgaria (centrale di Béléné) ".
  23. Siempelkamp: Core Catcher - Strutture di raffreddamento
  24. IAEA-Dokument: Status of Fast Breeder Reactor Development in Germany
  25. Konovalikhin, MJ, Theertan, SA, Sehgal, BR, 2000, Experimental Investigation on Re- Spreading Phenomena , Proc. 8th Int. Conf. Nucl. Eng., Baltimora, Stati Uniti, aprile 2000.
  26. [1] (Brochure in tedesco, che descrive il concetto di core catcher per l'EPR in Finlandia)
  27. Come funziona il corium collector? - IRSN: " L'albero della cella comunica con la camera tramite un canale di scarico. Prima di entrare nel canale, il corio viene raccolto sul fondo del vano della cella che ha un sistema di apertura del tipo" Portafusibili ". Un'acqua il sistema di circolazione consente il raffreddamento dal basso dalla fase di spandimento e copre il corium di diffusione con acqua . "
  28. Relazione informativa al Senato - Corium esterno alla vasca: "  Il concetto di recupero del corio, a seguito di una rottura della vasca in EPR, si basa sullo spandimento di questo corio su una superficie deportata all'esterno del pozzo. Vasca, e sul suo raffreddamento da reflow con sistemi passivi. Per favorire la diffusione e proteggere i materiali nella zattera, viene ricoperta da uno strato di materiale sacrificale che si mescolerà con il corio durante il suo trasferimento al recuperatore e durante la sua diffusione. "
  29. EPR Flamanville 3 letter - EDF - EXTERNAL LETTER - N ° 4 - 7 SETTEMBRE 2012 - Innovazione: il recuperatore di corium
  30. [Decisione ASN 2008-DC-0114 del 26 settembre 2008] 26 - 09 - 2008 / Bollettino ufficiale ASN; Decisione n ° 2008-DC-0114 del 26 settembre 2008 dell'Autorità per la sicurezza nucleare che stabilisce Electricité de France - Société Anonyme (EDF-SA) con i requisiti relativi alla centrale nucleare di Flamanville (Manche) per la progettazione e la costruzione del Reattore "Flamanville 3" (INB n °  167) Vedi punto [INB167-29] pagina7 / 15
  31. Cf III-3.3 dell'articolo 2 del decreto n ° 2007-534
  32. Areva brochure: EPR - numero di riferimento: G-61-V1-07-GER
  33. AtomStroyExport News "Archived copy" (versione 4 ottobre 2011 su Internet Archive )
  34. [2] (Pulitzer Center for Crisis Reporting e Scientific American)
  35. WNA - Energia nucleare in Russia
  36. Christophe Journeau (2008), Contributo di test in materiali prototipici sulla piattaforma Plinius allo studio di incidenti gravi nei reattori nucleari , tesi di accreditamento alla ricerca diretta in meccanica energetica (Università di Orléans), Commissariat à atomic energy, Cadarache, LEMAG; Giugno 2008, CEA-R-6189, ( ISSN  0429-3460 ) , PDF, vedere p14 / 227 e diagramma p 19, vedere anche Svetlov et al., 2003
  37. MIGLIORAMENTI RELATIVI AL CORIO NELLA VERSIONE EDF DEL CODICE MAAP NELL'AMBITO DEGLI STUDI SUGLI INCIDENTI GRAVI - Conferenza NURETH-16 a Chicago - Settembre 2015
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Appendici

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Bibliografia