Analyse du transfert thermique entre les grappes de combustible nucléaire dans les piscines de combustible nucleaire irradié à l'aide du logiciel COMSOL Multiphysics

Résumé du document technique présenté à :
La 19e Conférence nucléaire du bassin du Pacifique (CNBP 2014)
Hôtel Hyatt Regency, Vancouver (Colombie-Britannique), Canada
Du 24 au 28 août 2014

Rédigé par :
C. J. Krasnaj et W. Grant
Commission canadienne de sûreté nucléaire (CCSN)
Ottawa (Ontario), Canada

Résumé

Le combustible nucleaire irradié des réacteurs CANDU est stocké dans de grandes piscines souterraines en béton armé monolithique. Le combustible nucléaire irradié passe de 7 à 10 ans sous l'eau, laquelle agit comme blindage radiologique et comme refroidissant jusqu'à ce que la chaleur générée par la désintégration radioactive soit suffisamment faible pour que le combustible puisse être transféré dans un lieu de stockage à sec.

Bien que le combustible demeure sous l'eau pendant son stockage en piscine, en situation d'accident hors-dimensionnement, une importante fuite d'eau de la piscine pourrait exposer les grappes de combustible à l'air. Les grappes ainsi exposées présenteraient une capacité réduite à évacuer leur chaleur, ce qui provoquerait une augmentation de la température des grappes. Tant que la température des gaines de combustible ne dépasse pas le seuil d'emballement de l'oxydation, la combustion du zirconium est évitée, et l'intégrité à court terme des grappes de combustible est préservée.

Les présents travaux portent sur l'étude du transfert de chaleur par rayonnement entre les grappes de combustible nucléaire exposées à l'air dans les piscines de combustible nucléaire irradié. Sans eau de refroidissement pour retirer la chaleur interne du combustible nucléaire irradié, le transfert de chaleur par rayonnement devient un important mécanisme de transfert thermique. Les présents travaux ont pour objet l'examen de l'incidence de différentes configurations de grappes présentant diverses puissances résiduelles dans un plateau à combustibles sur l'augmentation de la température des grappes avoisinantes. Un modèle d'éléments finis à 3 dimensions est élaboré à l'aide du logiciel COMSOL Multiphysics afin de déterminer les quantités de chaleur échangée entre les grappes voisines et les variations de température induites.