Approches thermomécaniques relativement aux événements hors dimensionnement pour améliorer le rendement en matière de sûreté

Résumé du document technique/de l’exposé présenté à la :
SMiRT27
Du 3 au 8 mars 2024

Auteur :
Thambiayah Nitheanandan
Commission canadienne de sûreté nucléaire

Résumé :

La conception classique prévoit que la structure mécanique doit être suffisamment résiliente pour éviter toute défaillance entraînée par les charges thermomécaniques anticipées en cas d’événements de dimensionnement. Un matériau résilient absorbe l’énergie en se déformant de façon élastique jusqu’à ce qu’il atteigne sa limite apparente et, lorsque la charge est retirée, il libère l’énergie. Une structure soumise à une charge hors dimensionnement peut toutefois demeurer dans les limites du régime de résilience, c’est-à-dire qu’elle a dépassé sa contrainte nominale, mais pas sa limite d’élasticité. Lorsque la charge exerce une contrainte sur le matériau au-delà de la limite apparente, l’absorption d’énergie passe de la résilience à la ténacité. La ténacité équivaut à la majeure partie de la superficie totale sous la courbe technique de contrainte-déformation jusqu’à la rupture, tandis que la résilience ne représente qu’une petite partie de l’énergie totale que le matériau absorbe avant la défaillance.

Malgré l’avantage d’une meilleure capacité du matériau à absorber l’énergie dans les limites du régime de ténacité, l’un des inconvénients de ce régime est l’effet de falaise associé à la déformation plastique. La limite d’élasticité est la contrainte qu’un matériau subit lorsqu’il se déforme plastiquement sans subir de contraintes accrues. Au-delà de cette limite, le matériau fait soudainement défaillance de manière incontrôlable, ce qui rend la robustesse dans la conception moins fiable, sauf si des données de recherche et développement adéquates peuvent étayer avec confiance de telles conceptions. Les récents progrès en instrumentation, en science des matériaux et en contrôles automatisés fondés sur l’intelligence artificielle peuvent éviter les défaillances catastrophiques des structures, des systèmes et des composants (SSC) dans les applications liées aux réacteurs nucléaires.

Ce document a pour objectif d’explorer et d’examiner les nouvelles approches thermomécaniques structurales pour prévenir et atténuer les événements hors dimensionnement. Ces événements sont difficiles à prédire, soit parce qu’ils ne se sont jamais produits, soit parce qu’ils ont une faible probabilité de se produire, de sorte qu’ils échappent à l’attention des concepteurs et qu’ils sont intimement liés à l’idée de la théorie du cygne noir. Les événements qui surviennent en raison d’une erreur humaine, d’une mauvaise conception et d’une négligence dans la construction ne sont pas considérés comme des événements hors dimensionnement, car ils sont prévisibles et peuvent être évités. De nombreux travaux de recherche sont entrepris pour améliorer la conception des systèmes. Bien que les séquences d’accidents hors dimensionnement soient peu probables, elles constituent néanmoins une source possible de risque résiduel. Ces risques méritent une attention plus soutenue et doivent être cernés et pris en compte au moyen de caractéristiques particulières pendant la conception de la centrale. Dans ce document, on présente des exemples pour trois domaines essentiels du développement afin d’illustrer les caractéristiques modernes disponibles dans le but de prévenir et d’atténuer les événements hors dimensionnement.

D’importants efforts de recherche et développement sont en cours pour concevoir des gaines et des combustibles tolérants aux accidents, pour améliorer les capacités d’évacuation de la chaleur de la surface extérieure de la cuve du réacteur en apportant des modifications à sa surface et en écrouissant la surface extérieure du tube de calandre, et pour mettre au point de nouveaux moyens d’évacuer la chaleur par rayonnement pendant un accident de perte de réfrigérant primaire avec perte du refroidissement d’urgence du cœur. Tous ces développements nécessitent de la recherche, un renforcement des codes et des règlements, ainsi qu’un dialogue continu entre les organismes de réglementation, les concepteurs, les exploitants et les organismes de normalisation. La Commission canadienne de sûreté nucléaire suit de près ces développements pour assurer le maintien de la sûreté nucléaire dans le déploiement de systèmes de réacteurs nucléaires avancés et classiques au Canada.

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