Analyse préliminaire de l’accident BORAX pour le réacteur Jules Horowitz - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Rapport (Rapport De Recherche) Année : 2010

Analyse préliminaire de l’accident BORAX pour le réacteur Jules Horowitz

Résumé

Dans les réacteurs expérimentaux à plaques tels que le futur Réacteur Jules Horowitz (RJH), une insertion de réactivité peut engendrer la fusion du combustible et une explosion de vapeur. Ce phénomène est appelé BORAX, du nom du réacteur avec lequel il a été pour la première fois mis en évidence expérimentalement. Cette note présente une analyse préliminaire de sûreté du RJH concernant l’accident BORAX. Une première analyse phénoménologique est menée afin d’établir les aspects fondamentaux du phénomène et de discuter de la question délicate de l’existence d’un critère de déclenchement d’une interaction explosive. Il est conclu que le seul critère acceptable (certes enveloppe) en l’état actuel des connaissances et outils d’évaluation est celui de fusion au moins locale du cœur. De la même manière, l’énergie disponible pour l’interaction doit être évaluée à la fin du transitoire, tout autre choix ne pouvant, dans l’état actuel des connaissances, être justifié. Cette analyse du transitoire de réactivité est menée à l’aide d’un modèle point à groupes de neutrons utilisant les données fournies par AREVA (neutroniques, physiques). Il est trouvé qu’une fusion complète du cœur est possible pour des rampes de réactivité de l’ordre de 2000 pcm sur 300 ms (poids neutronique et vitesse supposée d’éjection d’une barre d’absorbant). De plus, ce résultat est peu sensible à la puissance initiale du réacteur, bien loin des quelques 23 000 pcm nécessaires à puissance maximale obtenus dans l’étude AREVA. La différence est clairement due au critère arbitraire de période neutronique de 5,7 ms, indépendamment de la géométrie du réacteur et de sa puissance. Avec les hypothèses d’AREVA relatives à l’éjection d’une barre, à savoir que celle-ci produit une rampe de 2000 pcm sur 300 ms, nous trouvons que l’éjection d’un seul mécanisme met le réacteur dans une situation où, en l’état actuel de l’analyse, aucune marge de sûreté n’existe. Il sera donc nécessaire d’effectuer une analyse plus approfondie avec des modèles moins approximatifs, prenant en particulier en compte le profil de puissance et les transferts thermiques avec le réfrigérant. C’est pourquoi il est actuellement développé un modèle couplant neutronique et thermohydraulique dans le logiciel de simulation de l’interaction combustible-réfrigérant MC3D. Dans la seconde partie du document, nous analysons également les impacts potentiels de l’explosion. Sur ce point, le dossier de l’exploitant est largement insuffisant. Seule la pressurisation sur le long-terme, liée à la puissance résiduelle et au chauffage extérieur est évaluée par le CEA. On note cependant que cette évaluation prend mal en compte l’effet de la puissance résiduelle. En effet, celle-ci est supposée intégralement fournie à l’eau alors qu’une bonne partie de cette énergie est due aux gaz volatils de fission. On estime qu’entre 30 et 50 % de l’énergie résiduelle doit être considérée comme étant directement transmise à l’atmosphère. Ceci a pour conséquence un fort accroissement de la pressurisation largement au-delà des critères d’étanchéité retenus. Surtout, ceci modifie profondément la cinétique de pressurisation puisque le pic de pression est atteint au bout de seulement 30 mn. Concernant l’impact sur le très court terme de l’explosion, nous estimons que la pressurisation induite de l’enceinte est négligeable tant par les effets hydrodynamiques liés à l’éjection de l’eau (production d’une gerbe d’eau) que pour les aspects thermodynamiques (évaporation de cette gerbe d’eau). L’utilisation de la méthode de Hall pour les effets hydrodynamiques, effectuée partiellement pas le CEA, donne des valeurs très inférieures aux limites d’étanchéité. Mais nous estimons surtout que cette méthode est très largement conservative. Des évaluations des effets de l’explosion ont été ensuite effectuées avec le logiciel de simulation MC3D. On montre que la compressibilité de l’eau et son très grand volume suffisent à absorber en grande partie la « bulle » de vapeur se développant lors de l’explosion. Le code ne calcule virtuellement aucune gerbe d’eau. Par contre, les pressions mises en jeu sur les parois de la piscine semblent très importantes. Pour un cas « minimaliste » avec une énergie de l’ordre de 200 MJ, sans prise en compte d’effet chimique (production de gaz incondensable liée à l’oxydation et aux dispositifs expérimentaux), la pression relevée est de l’ordre de 60 bars sur 5 ms. Sans avoir réalisé d’étude mécanique spécifique, le retour d’expérience, comparativement au cas des REP (explosion hors cuve) permet de penser que les niveaux de pressions atteints vont fortement réduire l’intégrité des parois de la piscine. Par ailleurs, nous n’avons pas réalisé d’étude concernant l’impact éventuel d’éléments de structure du cœur sur le génie civil. Nous montrons également qu’il existe des possibilités d’explosion de vapeur mettant en jeu des énergies très importantes en cas d’insertion de réactivité insuffisante pour provoquer une fusion mais suffisante pour provoquer un bouchage des assemblages. Nous proposons que cette possibilité soit examinée par l’exploitant.
Fichier non déposé

Dates et versions

hal-04275885 , version 1 (08-11-2023)

Licence

Copyright (Tous droits réservés)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04275885 , version 1

Citer

M Gasperini, Gregory Nicaise, Renaud Meignen, Alexandre Bleyer. Analyse préliminaire de l’accident BORAX pour le réacteur Jules Horowitz. DSR/SAGR n°07-151, IRSN - Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire. 2010. ⟨hal-04275885⟩

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