Réacteur à eau bouillante généralités

Motivations - Historique 1956 : Premier réacteur à eau bouillante (5MW) Développement aux Etats-Unis par General Electric (concurrence aux REP) : adaptation simplifiée et allégée Succès commercial retardé par rapport aux REP : - problèmes de corrosion dans les boucles de recirculation - incertitudes sur l’exploitation en cycle direct (perte d’une barrière) - complexité du combustible - absence de bore soluble pour le contrôle de réactivité - pas de synergies avec la propulsion navale

Principe des Réacteurs à Eau Bouillante (REB) Circuit primaire Cuve Eau - Vapeur Vapeur Cœur du réacteur Alimentation d’Eau Générateur Pompe eau alimentaire Condenseur Eau de refroidissement Réchauffeur Pompes de recirculation eau réacteur Mécanismes de commande de grappe

Constituants principaux Réacteur en cuve : 70 bars Caloporteur et modérateur eau légère sous forme liquide et vapeur Cycle direct 15% du débit total Circuit de recirculation (interne) 85% du débit total Enceinte de confinement avec système de suppression de pression (piscines de condensation) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 mm Profil de taux de vide en fonction de la hauteur dans le coeur

Ordres de grandeur Caractéristiques REB Puissance unitaire 1000MWe Pression 70 bar Température d’entrée 215°C Débit cœur 10t/s ; débit turbine 1,5t/s Taux de vide moyen dans le cœur 43% Qualité vapeur à la sortie 15% Hauteur du cœur 3,80m Nombre d’assemblages 700 à boîtier Nombre de croix de contrôle 150 (21% seulement mais !) Puissance volumique 50kW/l Puissance spécifique 24W/g U Flux thermique max 110W/cm2 Gainage Zr2

Assemblage Boîtier Assurer le maintien mécanique de l’assemblage Chargement et déchargement Constitue le canal de refroidissement => découplage radial, couplage entre canaux par l’amont et l’aval Lame d’eau entre assemblages Passage pour les croix de contrôle Thermalisation des neutrons (découplage neutronique) Souplesse dans la gestion du combustible Cohabitation d’assemblages différents Assemblage de crayons UO2 gainés Zr Combustible enrichi <5% ; zonage d’enrichissement au sein de l’assemblage Contrôle de la réactivité Poisons consommables croix de contrôle placées entre les boîtiers contenant le combustible débit du caloporteur Bore soluble en situation extrême

Assemblage REB générique Eau liquide Eau diphasique Gaine Zr2 + Liners éventuellement Pastille combustible UO2/PuO2 Trou d’eau unique ou multiple de géométrie très variable Boîtier Zr4

Fonctionnement Modifient la quantité de vapeur et sa distribution Paramètres de contrôle de la puissance Insertion des croix de contrôle Débit d’eau à l’entrée : dr/dQe = + 14 pcm/ % du débit nominal Température d’eau à l’entrée dr /dTe = – 70 pcm/°C Pression de la vapeur à la sortie dr/dPs = + 40 pcm/bar Domaine de fonctionnement déterminé par ces paramètres L’effet de vide n’est pas seulement un paramètre de sûreté => précision nécessaire sur ces paramètres L’absence de bore soluble impacte la procédure de rechargement du combustible Vérifications de la conformité des situations intermédiaires (confrontation calcul-mesure) Etudes de faisabilité : exigence sur la modélisation ! Modifient la quantité de vapeur et sa distribution dans le coeur

Diagramme de fonctionnement

Exemple de données coeur

REP , REB

Evolutions des REB

Évolution des architecture REB

Simplification du REB

Pompes de recirculation ABWR

Comparaison de ABWR avec un BWR récent

Internes ABWR

Internes SBWR Retrait des pompes Convection naturelle Cheminée

Evolution of AREVA BWR Technology Würgassen Brunsbüttel Philippsburg 1 Isar 1 Tullnerfeld Krümmel Gundremmingen B/C Kahl Gundremmingen A Lingen SWR 1000 Product Line 72 Product Line 69 Full pressure containment - 61

Confinement SWR 1000

Filière évolutive

Evolution des performances combustibles REB 9x9 i 9x9 45GWj/t 8x8 htc 40GWj/t 8x8 i Zr liner 33GWj/t 8x8 i 8x8 7x7 i 22GWj/t 7x7 Conversion de gestion : opérationnelle et « naturelle »

Évolution de performances combustibles REB Le zonage implique de dépasser 5% au delà de 55GWj/t Limite 5% Aller au delà : le Pu ?

Exemple d’assemblages 60 crayons SVEA-96 74 crayons ANP ATRIUM-10 91 crayons