Atelier "Bilan des actions soutenues 2014-2015" du Projet Fédérateur "Systèmes Nucléaires et Scénarios" de NEEDS Projet Sûreté-MSFR Daniel Heuer LPSC Grenoble.

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1 Atelier "Bilan des actions soutenues 2014-2015" du Projet Fédérateur "Systèmes Nucléaires et Scénarios" de NEEDS Projet Sûreté-MSFR Daniel Heuer LPSC Grenoble Une collaboration entre LPSC Grenoble LEPMI Grenoble-INP G-SCOP Grenoble-INP INOPRO-IAO PME de Villard-De-Lans IRSN AREVA EdF

2 Le projet Sûreté-MSFR  Le PCR ANSF (Applications au Nucléaire des Sels Fondus) de PACEN (2004-2012)  Mise en évidence d'un nouveau concept de réacteur nucléaire à sels fondus  Le MSFR (Molten Salt Fast Reactor)  Des études sont menées sur les aspects neutronique et chimie des sels  Le forum international GEN-IV retient ce concept en 2008  " Its potential has been assessed but specific technological challenges must be addressed and the safety approach has to be established "  En 2014, proposition à NEEDS de mettre en place un projet sur les aspects sûreté du MSFR  Mettre en place une méthode d'analyse de sûreté adaptée à un combustible liquide  Collaboration avec G-SCOP (Grenoble-INP) et IRSN  Poursuivre la définition du design du MSFR  Développement d'un code de couplage fort neutronique-thermohydraulique au LPSC  Développer un code système multi-1D pour optimiser le MSFR et analyser son comportement global  Développer des méthodes DNS (Direct Numerical Simulation) pour pallier à la difficulté de réaliser des expériences  Études réalisées par le LEPMI (Grenoble-INP)  Valider le concept en prenant en compte l'expérience des industriels  AREVA et EdF

3 Le MSFR de référence  Sel initial : 77,5% 7 LiF- 20%ThF 4,-2,5% 233 UF 4  Température du sel combustible : 650 à 750 °C  Température maximum des parois : 700 °C  Puissance : 3 GW th (1,4 GW él )  Inventaire initial d’ 233 U par réacteur : 5060 kg  Inventaire initial d’ 233 U par GW él : 3610 kg  Volume de sel combustible : 18 m 3  1/2 dans le cœur  1/2 dans les échangeurs et tuyaux  Retraitement du cœur : 10 à 40 l/j  Diamètre intérieur moyen du cœur : 2,26 m  Hauteur moyenne du cœur : 2,26 m  Epaisseur de la couverture fertile : 50 cm  Volume de la couverture : 7,3 m 3  Sel de la couverture : 77,5% 7 LiF,-22,5%ThF 4  Retraitement de la couverture : 10 à 40 l/j  Coefficient de contre réaction: de -5,3 à -4,8 pcm/K  Densité : de -3,7 à -3,3 pcm/K  Doppler : de -1,6 à -1,5 pcm/K  Production d’ 233 U : de 50 à 95 kg/an  Temps de doublement : de 55 à 100 ans

4 Les actions 2015  Thèse d'Axel Laureau concernant le développement d'une méthode originale de couplage fort entre la neutronique (code Monte-Carlo) et la thermohydraulique (CFD)  Stage M2 pour définir les outils et les méthodes qui seront mis en œuvre pour le développement du code système  Stage M1 sur l'analyse des risques de prolifération avec le MSFR  Développement et validation d'un modèle numérique permettant de simuler un écoulement diphasique (Liquide/Gaz ou Liquide/Solide) et l’effet des inclusions (particules solides ou bulles) sur la phase porteuse (liquide)  Proposition d'une méthode permettant, dans les analyses de sûreté, de représenter de façon conjointe l’incertitude aléatoire, connue de façon statistique, et l’incertitude épistémique, due à un manque de connaissance  Réalisation par INOPRO de calculs thermohyrauliques préliminaires concernant des géométries alternatives du MSFR pour favoriser certains paramètres comme la convection naturelle, la puissance spécifique ou la protection thermique des matériaux  Réalisation d'un atelier thématique NEEDS sur le MSFR le 20 octobre 2015 à Fontenay-Aux- Roses  Le financement NEEDS a aussi permis de préparer dans de bonnes conditions le projet Européen SAMOFAR entièrement consacré à la sûreté du MSFR  Réunion entre partenaires Français  Participation au Kickoff Meeting

5 Stratégie générale du couplage SERPENT-TFM SERPENT calcul des matrices puissance TFM-SCFD directement implémenté dans réalisé par μsms Thèse d'Axel Laureau le 16 octobre 2015 au LPSC TFM : Transient Fission Matrix Sources de chaleur Flottabilité Production de précurseurs Température Transport des précurseurs Contre-réaction Doppler Contre-réaction de densité Sources de neutrons retardés OpenFOAM Modèle de turbulence k-  realizable

6 Insertion de 1000 pcm en 1 seconde  1000 pcm sont insérés linéairement en 1 seconde  L'augmentation de réactivité provoque une augmentation de puissance qui échauffe le sel en cœur  En un dixième de seconde, les contre-réactions stoppent l'augmentation de réactivité qui reste très en dessous de la prompte criticité alors que la fraction de neutrons retardés n'est que de 125 pcm  À 1 seconde, l'insertion de réactivité s'arrête et cette dernière chute rapidement  Un peu plus tard, le sel froid contenu dans les échangeurs de chaleur entre dans le cœur et provoque un regain de réactivité qui s'estompe rapidement  Le cœur retrouve un fonctionnement stable en quelques secondes lorsque la puissance extraite égalise de nouveau la puissance produite

7 Géométries alternatives  Il s'agit d'explorer de nouvelles configurations dans le but d'optimiser des caractéristiques particulières  Convection naturelle  Compacité  Durée de vie des matériaux  Exemple pour la compacité et la réduction du volume de sel hors cœur  4 entrées pour 2 sorties  Dans cette option on ne peut pas envisager de convection naturelle

8 perspectives  Le soutien constant de PACEN puis de NEEDS sur nos travaux visant à définir un concept original de Réacteur à Sels fondus porte ses fruits  Reconnaissance par le forum international GEN-IV  Reconnaissance par l'Europe  EVOL  SAMOFAR  Il faut continuer à faire vivre la communauté mise en place par le PCR-ANSF de PACEN tout en poursuivant son élargissement aux industriels Français  En 2016 nous proposerons un regroupement des projets Sûreté-MSFR et C-MSFR  Il faut continuer à explorer de nouvelles idées  Géométries alternatives  Traitement et risques chimiques, résistance à la prolifération  Matériaux (composites, impression 3D, …)  Réacteurs modulaires  Dans quel cadre ?  Projet thématique pluriannuel NEEDS  Groupement de Recherche Interdisciplinaire ……