Comportement d'étranglement à la suite d'un contact entre les tubes de force et les tubes de calandre dans les réacteurs CANDU

Résumé du document technique présenté dans le cadre du :
7^e atelier international de la CANDU Safety Association for Sustainability (CANSAS 2018)
Du 15 au 18 octobre 2018

Auteurs
M. El-Hawary et N. Mesmous
Commission canadienne de sûreté nucléaire

Résumé

Dans les réacteurs CANDU, le combustible circule à l’intérieur de tubes de force qui sont entourés de tubes de calandre à basse pression et submergés dans un fluide modérateur relativement froid. Ce modérateur sert de source froide en vue d’empêcher la défaillance des canaux de combustible (tubes de force et tubes de calandre) en cas d’accident mettant en cause un tube de force surchauffé qui gonfle jusqu’au point d’entrer en contact avec un tube de calandre.

Des essais d’ébullition avec contact ont été réalisés afin de déterminer les conditions limitatives des réacteurs qui entraînent une défaillance des canaux de combustible. Les essais ont mis en cause des tubes de force et tubes de calandre à pleine échelle et un générateur de chaleur au graphite représentant le combustible du réacteur. Dans les conditions d’essai menant à la défaillance des canaux, la ou les ruptures se sont produites à des endroits aléatoires de la surface du tube qui montraient clairement un étranglement. Ce résultat a été obtenu même si les conditions d’essai étaient uniformes dans le sens axial.

Le modèle mathématique mis au point pour simuler le phénomène post-contact tient compte de plusieurs modèles de transfert de chaleur et de fluage ainsi que de corrélations. Voici deux observations à l’égard de ces dernières :

• La corrélation du fluage des tubes de calandre comprend un terme représentant le comportement d’étranglement. Le modèle permet donc de prédire la vitesse de fluage accélérée avant que ne survienne la défaillance appelée « étranglement ».
• Les corrélations du modèle sont principalement non linéaires, ce qui aboutit à un modèle considérablement non linéaire. Le comportement non linéaire se manifeste par des effets de falaise prédits dans certaines conditions de réacteur. Dans ces conditions, de fortes augmentations du fluage des tubes de calandre peuvent être prédites pour de modestes variations des paramètres indépendants du réacteur visant le flux thermique et le sous-refroidissement du modérateur.

Le document vise à communiquer des renseignements de haut niveau à l’égard du phénomène d’étranglement dans le contexte de la science des matériaux et à démontrer de quelle manière l’étranglement se distingue des effets de falaise prédits par le modèle. Les deux états transitoires génèrent des augmentations soudaines du fluage des tubes de calandre dans certaines conditions.

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