Soutenance de thèse de HUI GUO

Ecole Doctorale
Physique et Sciences de la Matière
Spécialité
PHYSIQUE & SCIENCES DE LA MATIERE - Spécialité : ENERGIE, RAYONNEMENT ET PLASMA
établissement
Aix-Marseille Université
Mots Clés
RNR-Na,contrôle de réactivité,conception,,
Keywords
reactivity control system,sodium fast reactors,design,,
Titre de thèse
Conception de systèmes innovants pour le contrôle optimal de la réactivité des réacteurs à neutrons rapides de 4ème génération
Design of innovative systems for the optimized control of reactivity in GEN-IV fast neutron reactors
Date
Thursday 19 September 2019 à 14:00
Adresse
Faculté de droit et de science politique d'Aix-Marseille, 3 Avenue Robert Schuman, 13100, Aix-en-Provence
Salle du conseil
Jury
Directeur de these M. Laurent BUIRON Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alte¡natives, DEN/CADARACHE/DER/SPRC/LEPH
Rapporteur M. Robert STIEGLITZ Institute for Fusion and Reactor Technology, Karlsruhe Institute of Technology
Rapporteur Mme Elsa MERLE Grenoble INP/PHELMA et CNRS/IN2P3/LPSC
Examinateur M. Cheikh DIOP Paris Saclay/INSTN
Examinateur M. Denis VERRIER Framatome, Lyon, France
Examinateur M. Bruno FONTAINE Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alte¡natives, DEN/CADARACHE/DEC/Cellu¡e Projets

Résumé de la thèse

Les réacteurs de quatrième génération pourraient tirer parti du spectre des neutrons rapides pour optimiser l'utilisation des ressources en uranium, faciliter la gestion des matières fissiles et améliorer la transmutation des déchets nucléaires. La barre de commande est habituellement combinée un réseau des aguilles non étanché en carbure de bore (B4C) comme élément absorbant. L'enrichissement du 10B peut être ajusté pour répondre aux besoins de différents réacteurs. Cependant, différents critères technologiques limitent la durée d’utilisation du B4C en irradiation ce qui impose un remplacement fréquent. Par conséquent, des éléments absorbants alternatifs tels que l'oxyde de gadolinium (Gd2O3), l'oxyde d'europium (Eu2O3) et le diborure d'hafnium (HfB2) sont utilisés dans des configurations mixtes spécifiques contenant du modérateurs pour optimiser la conception des barres de commande dans les réacteurs rapides refroidi au sodium (RNR-Na). Dans les réacteurs rapides « classiques », la barre de commande est très souvent le seul système permettant de contrôler la réactivité. Il est donc très difficile de démontrer la non-fusion du combustible lors d'accidents de remontée intempestive des barres (RIB). Par conséquent, deux conceptions de poisons consommables (PC) sont proposées et étudiées pour réduire l’excès de réactivité du cœur et améliorer ainsi les performances de sûreté inhérentes des réacteurs. La première conception de PC charge des actinides mineurs en mode homogène ou hybride. La deuxième conception combine B4C et modérateurs dans les assemblages dédiés. Ces conceptions sont étudiées à l'aide de schémas de calcul avancé dans APOLLO3® qui sont développés et validés dans cette thèse. Ces conceptions sont utilisées dans un RNR-Na industriel de forte puissance et dans un petit RNR-Na modulaire, et montrent leur grande flexibilité pour optimiser le contrôle de la réactivité dans les réacteurs rapides.

Thesis resume

The Generation-IV reactors could benefit from the fast neutron spectrum to maximize the utilization of uranium resources, improve the management of fissile materials, and help the transmutation of nuclear waste. As the absorption cross-sections decrease with incident neutron energy, the fast spectrum challenges its reactivity control. The conventional control rod is a cluster of open pins with boron carbide (B4C) as the absorber. 10B enrichment can be adjusted to satisfy the requirements of different cores. However, the operating lifetime of B4C is limited due to its characteristics under irradiation. Alternative absorbers such as gadolinium oxide (Gd2O3), europium oxide (Eu2O3) and hafnium diboride (HfB2) may present some advantages and be used with local addition of moderators to optimize the design of control rods in sodium fast reactors (SFRs). In the conventional fast reactors, the control rod is usually the only reactivity control system, which would lead to fuel melting in control rod withdrawal (CRW) accidents. Therefore, two burnable poison (BP) designs are investigated to reduce core excess reactivity and thus improve the inherent safety performance of reactors. The first BP design load minor actinides in homogenous or hybrid mode. The second BP design combines depleted B4C and moderators in dedicated assemblies. These designs are investigated using the advanced calculation scheme in APOLLO3® that is developed and validated in this thesis. These designs are applied in a large industrial SFR and a small modular SFR, which proves their excellent flexibility to optimize reactivity control in a wide range of fast reactors.