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Le RJH offre une occasion unique de développer une nouvelle génération de dispositifs expérimentaux. Ceux-ci répondront à la fois aux objectifs de mise à jour scientifique et technologique de l’'Etat de l'art et aux futurs besoins des utilisateurs.

Le développement des dispositifs expérimentaux et des programmes connexes exige des collaborations internationales. Ceci pour bénéficier de la plus large expérience disponible et pour accroître la masse critique de compétences transversales.

Le CEA avec ses collaborateurs internationaux développe un premier volet de dispositifs expérimentaux pour le démarrage du réacteur (appelés dispositifs en cours de développement) orientés sur le soutien aux réacteurs de puissance à eau (LWR). Il prépare également un second volet de dispositifs expérimentaux (appelés dispositifs en phase de faisabilité) plus orientés sur le soutien aux réacteurs de la génération 4 Gen IV, en rupture technologique par rapport aux réacteurs à eau. Les diapositives ci-dessous donnent un aperçu de ces développements.

Capacités expérimentales RJH	Hébergement des dispositifs expérimentaux en cours de développement	Hébergement des dispositifs expérimentaux en étude de faisabilité

Dispositif MADISON

Spécificités du dispositif Madison	Figure 1: Vue d'implantation du dispositif MADISON dans le RJH

Le "Multi-rod Adaptable Device for Irradiations of experimental fuel Samples Operating in Normal conditions" sera installé dans le réflecteur du réacteur RJH sur l'un des systèmes à déplacement et permettra d'irradier de 1 à 8 crayons combustibles expérimentaux (REP ou REB). Les expériences porteront sur leur comportement dans des conditions normales de fonctionnement de réacteurs de puissance n’allant pas jusqu’à la rupture de la gaine.

La partie du dispositif « en pile », abritera les échantillons combustibles expérimentaux. Elle sera connectée à une boucle reproduisant les conditions thermo-hydrauliques adéquates (température, pression, vitesse) et les conditions chimiques représentatives des réacteurs de puissance. Certains composants lourds de cette boucle seront installés « hors pile » dans une casemate expérimentale du bâtiment réacteur (voir figure 1).

Les expériences ciblées dans le dispositif portent sur l'évolution des propriétés du combustible (relâchement de gaz de fission, évolution de la microstructure,...) en fonction du taux de combustion ou de la puissance linéique. D'autres expériences sont également visées telles que le comportement des combustibles, suite à des variations lentes représentant des phénomènes transitoires dans les réacteurs de puissance ou à des irradiations long terme lentes (jusqu'à 3 ans).

• Le flux de neutrons sera homogène (moins de 3% d’hétérogénéité entre deux crayons combustibles identiques) avec puissance linéique maximale de 400W/cm pour des combustibles à haut taux de combustion
• La précision des mesures est également élevée (une précision inférieure à 5% est attendue pour le bilan thermique)
• Pour le volet chimique, l’installation va permettre de produire aussi bien une chimie standard des réacteurs de puissance qu’une chimie spécifique

La conception est confiée à l'équipe d'ingénierie IFE du réacteur de Halden (Norvège) qui a une longue expérience dans la conception, la fabrication et l'exploitation d’une boucle de ce type. Le CEA avait commandité en Juin 2008 une étude de faisabilité pour adapter un dispositif de type Halden au RJH à l'équipe d'ingénierie de l'IFE, pour une durée de 18 mois. Ce contrat visait à démontrer qu'un tel dispositif peut être adapté à la structure du RJH en conformité avec les normes de sécurité françaises.

Une fois la faisabilité confirmée (2010), le projet se poursuit par un contrat de conception détaillée de MADISON (années 2011-2013) visant à définir précisément tous les composants et à préparer l'analyse de sûreté de l'installation. La prestation d’IFE se poursuivra par la fabrication et la livraison du dispositif MADISON (année 2014-2015).

Voir Actualités Dispositif d’irradiation

Dispositif ADELINE

• Objectifs de la boucle d’irradiation ADELINE

Cette boucle sera capable de reproduire différents scénarios expérimentaux sur du combustible frais ou ré-irradié tel que :
- Rampes de puissance
- Sur-pression interne de l’aiguille
- Analyse du volume libre de gaz interne aiguille
- Conditions d’approche amenant à la fusion centre pastille

Ce sera une expérience mono-aiguille dont les ruptures de gaine seront possibles selon le protocole expérimental.

La première version sera principalement dédiée aux rampes de puissance. Cela permettra une offre expérimentale aussi bonne voir meilleure que celle actuelle sur le réacteur OSIRIS avec le dispositif ISABELLL1 dont ADELINE s’inspire. Cela nécessite une bonne balance thermique ainsi qu’une bonne précision du temps de rupture de gaine donc une bonne connaissance du taux de génération de chaleur linéaire induisant la rupture de gaine. De plus, des améliorations seront ajoutées afin d’une part d’obtenir une mesure en ligne de l’élongation lors de la rampe de puissance et d’autre part d’effectuer de multiples expériences durant un cycle du réacteur. La fabrication de cette boucle commencera début 2013.

• Scénario expérimental ADELINE et performances

La séquence expérimentale est envisagée comme indiqué ci-dessous :

• un plateau basse puissance, qui peut aller d’une journée à une semaine, avec possibilité de maintenir une température de gaine de 330 °C (+- 10 °C) pendant que la puissance linéaire sera tenue aussi basse que 100 W/cm. Bien sûr des valeurs plus fortes de ce plateau seront possibles.
• Une rampe de puissance à un taux continu entre 100 W/cm/min et 700 W/cm/min. Durant l’accroissement de puissance, la température de gaine sera maintenue à une valeur stabilisée dès que l’échantillon atteint la valeur pic de 350 W/cm.
• Un plateau haute puissance qui peut durer 24 heures à une puissance linéaire pouvant aller jusqu’à 620 W/cm.
• Si une rupture de gaine apparaît durant une des deux dernières phases, l’arrêt de l’expérimentation ne sera pas obligatoire. La décision d’arrêt sera basée sur un niveau de contamination de la boucle et non sur la détection de rupture de gaine.

• Paramètres clés

• Récupération rapide et souple de l’échantillon

Un transfert sous eau a été conçu pour charger et décharger l’échantillon sans se déconnecter du dispositif ADELINE. Cela permettra de s’affranchir de période d’indisponibilité de l’équipement expérimental durant les transferts vers les cellules chaudes.

• Bonne précision du bilan thermique

Avec une température d’entrée plus forte que 250 °C à 155 bar et une vitesse de fluide plus forte que 0,8 m/s, le bilan thermique sera basé sur différentes mesures de températures permettant une performance de 5-6 % sur l’estimation de la puissance linéaire.

Le dispositif peut être amélioré pour réaliser des rampes fortement instrumentées avec, par exemple, un thermocouple au centre de la pastille. De plus 2 tubes capillaires connectés en partie basse et haute du dispositif pourraient être utilisés pour capturer les gaz rejetés lors de l’expérience et les envoyer au laboratoire d’analyse des PF du RJH.

Sur le long terme, une seconde version de cette boucle pourrait être dédiée à l’étude du comportement post rupture de gaine couplée entièrement au laboratoire PF du RJH.

Formation aux Règles de Conception et Construction des Matériels mécaniques des Réacteurs eXpérimentaux

Comment partager les bonnes pratiques industrielles sur les dispositifs expérimentaux et les équipements d’examen non destructifs entre partenaires ? Le CEA, s’est attelé au sujet avec AREVA et EDF et a publié un code validé par les autorités de sûreté (la version anglaise officielle sera publiée par l’AFCEN en 2012).

Le CEA propose régulièrement ce type de formation.

En savoir plus sur la formation à l’INSTN (12 – 14 octobre 2011)

Revision : 2012-09
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