Soutenance de thèse de Barbara KęDZIERSKA

La R&D menée dans le cadre du développement des réacteurs Gen-IV au CEA comprend les évaluations de sûreté des concepts proposés. Les analyses de sûreté se concentrent sur les accidents graves identifiés et sont simulées par des codes spécifiques. Ces analyses incluent la séquence de perte de débit non protégée pouvant conduire à la fusion du cœur, identifiée comme accident grave. L’évaluation d’une telle séquence nécessite le calcul des instabilités diphasiques pouvant apparaître dans le système lors de l’ébullition du sodium. Dans ce contexte, cette thèse cible l'impact potentiel des instabilités d'écoulement diphasiques sur le comportement à long terme des réacteurs. Le code mécaniste d'accidents graves SIMMER-V est utilisé comme outil de référence pour les calculs transitoires. Le travail a nécessité une nouvelle méthode de couplage aux frontières facilitant la représentation des systèmes concernés. Cette version du code a été validée sur l'expérience GENESIS réalisée à Delft Univ. of Technology. La validation repose sur l’évaluation du taux de décroissance pour chaque point de la carte de stabilité. La carte de stabilité et la limite calculée sont comparées aux résultats d’ATHLET (DUT). Une autre approche pour prédire la limite de stabilité par la dérivation d'un critère de stabilité analytique et sa comparaison avec les résultats de SIMMER-V, est présentée. Des simulations SIMMER-V 3D du cœur durant l’ULOF intègrent la dynamique du combustible nucléaire et vérifient les résultats généraux du modèle. Les résultats permettent de conclure sur les critères de déclenchement des oscillations en et hors phase d'un écoulement de caloporteur à travers le cœur hétérogène.

The R&D preformed in the framework of Gen-IV reactors development at the CEA includes intensive safety assessments of the proposed SFR designs. Safety analyses concentrate on identified severe accidents which are simulated by dedicated codes. Such safety analysis chains include an unprotected loss-of-flow (ULOF) event, which can potentially lead to the core melting, and is therefore identified as a severe accident. The validation of such an event requires evaluation of sodium boiling instabilities which can appear in the system. In this context, this PhD thesis targets the potential impact of two-phase flow instabilities on long-term reactor behaviour. The mechanistic severe-accident code SIMMER-V is used as a reference tool for transient calculations. A new boundary coupling method is proposed and implemented, which facilitates representing typical loop-systems used in nuclear safety analyses. The developed code version is used for validation against the GENESIS experiment performed at the Delft Univ. of Technology. The validation is done in terms of decay ratio assessment for the region of interest on the stability map. The calculated stability map and boundary are benchmarked with ATHLET (DUT) results. Another approach to predicting the stability boundary is presented by derivation of an analytical stability criterion and its comparison with numerical SIMMER-V results. The full-core 3D SIMMER-V simulations during ULOF, integrate nuclear fuel dynamics and verify the general findings of the model. The results allow concluding on the onset criteria of the in- and out-phase oscillations of a coolant flow through the heterogeneous core.