Réacteurs à Neutrons Rapides au Sodium Les acquis industriels et nécessités d évolution Les perspectives AREVA NP

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1 AREVA NP Réacteurs à Neutrons Rapides au Sodium Les acquis industriels et nécessitn cessités s d éd évolution Les perspectives Jean-Pol Serpantié AREVA NP Séminaire GEDEPEON Aix en Provence 29-30/05/07

2 AREVA NP Réacteurs à Neutrons Rapides au Sodium 1- Les acquis au travers des projets industriels (Phénix, Superphénix, Projets RNR1500/EFR)

3 L expérience RNR Na en France year EFPD RAPSODIE 40 MWth EFPD (end 2006) PHENIX 250 MWe 155 MWe EFPD SUPERPHENIX 7,9 TWh 1200 MWe EFR 1500 MWe 1 st criticality 1 st connection to grid studies & design construction operation 3 3

4 Les principaux acquis industriels de PHENIX Réacteur «piscine», 250 Mwe, combustible oxyde Démarrage 1973, durée de vie allongée jusqu en 2009 après mise à niveau sûreté (standards Superphénix) Démonstration générale de bon fonctionnement des systèmes (réacteur,, contrôle cœur, évacuation d énergie, manutention ) Démonstration de la capacité à produire industriellement de l électricité, avec un rendement élevé (42%) Bonnes performances industrielles (22.3 TWh produits, disponibilité 85% en 2006) Démonstration de burn-ups élevés sur combustible Oxyde (150 GWj/T) Démonstration de fermeture du cycle (rechargement avec du Pu produit par PHENIX) Démonstrations d incinération d Actinides Mineurs Démonstration de la maitrise des incidents sodium (fuites Na, réactions Na/eau) Démonstrations de la capacité d inspections en service (supportage cœur, BCC, structures internes supérieures) Démonstration de possibilités de revamping/mise à niveau (remplacement boucles secondaires et composants primaires, réparation GV ) 4 4

5 CIRCUIT PRIMAIRE 5 5

6 ASSEMBLAGE COMBUSTIBLE 6 6

7 Principaux enseignements liés à l exploitation de PHENIX Circuit primaire et manutention: Choix principaux validés, Opérations d inspection en service réalisables mais complexes Inspection supportage cœur par US Boucles et composants: Maintenabilité démontrée, importance du maintien en gaz neutre (risques corrosion caustique) GV: occurrence de réactions sodium-eau, maîtrise démontrée Cœur: Sensibilité mécanique du réseau (AU RN) GV et boucles: Acier AISI 321 soumis à des dommages de fissuration en relaxation (FER) Zones de mélange: Sensibilité aux dommages de fatigue-fluage (échangeurs intermédaires) et de thermal-stripping (réservoirs pompes) 7 7

8 Superphénix: - une première industrielle (1200 MWe) - la mise en évidence d un d manque de robustesse vis-à-vis des aléas as techniques et sociétaux Période de fonctionnement : 10 ans (1987/ 1997) 53 mois de fonctionnement normal 25 mois pour reparation après incidents Fuite du barillet d entreposage (pb 15 D3) pollution de l argon du ciel de pile toit salle des machines Fuite d une tuyauterie d alimentation argon cloche d échangeur 54 mois d arrêt administratif (attente d autorisations de redémarrage) Atteinte de la puissance nominale Bon Fonctionnement en 1996 (disponibilité 67%) Décision politique d arrêt définitif en

9 Normal operation Repair after incidents Administrative shutdown 9 9

10 Les acquis et enseignements de SUPERPHENIX Faisabilité industrielle d un réacteur RNRNa de 1200 MWe, et de ses composants (diamètre cuves >20 mètres ) Premier exemple d une procédure complète d autorisation d un RNR Na commercial Avancées sûreté (Confinement, mécanismes SAC, récupérateur corium, EPR sodium, dimensionnement séisme, confinement ) GV monocorps de grande taille (750 MWth) 10 10

11 Caractéristiques: Le coeur de SUPERPHENIX Oxyde U / Pu, enrichissement : 15% 364 assemblages fissiles (2 zones) 133 assembages fertiles (3 rangées) 21 mécanismes de barres + 3 SAC Enseignements principaux: Validation du comportement neutronique et thermohydraulique Qualification des codes Efficacité contrôle cœur (difficultés pour fertiles) 11 11

12 Caractéristiques: Diamètre cuve : 21 m Hauteur: 19,5 m 3300 tonnes de sodium Débit : 16 t/s 4 PP 8 Echangeurs Températures : 395 C / 545 C Enseignements principaux: Mise au point règles de conception et dimensionnement (RCC-MR) et des matériaux (316 LN, 304L) Limites EPR puits de cuve (>EPR Na) Démonstration globale de faisabilité et de bon fonctionnement, mais dimensionnement en limite vis-à-vis de plusieurs aspects: séisme, température et thermomécanique, température, vibrations Capacité de résistance à un accident énergétique (800MJ) et à une fusion du cœur (récupérateur), mais démonstrations complexes Le Circuit primaire SPX Sensibilité/dépots Na sur parois froides Faisabilité ISI Cuve principale (MIR) mais faibles possibilités dans le circuit primaire Difficultés interventions sous dôme 12 12

13 Circuit secondaire, GV: Systèmes secondaires et auxiliaires SPX 4 boucles, 4 pompes secondaires dans réservoir d expansion, 4 GV hélicoidaux (760 MWth, 487 C, 177 bar) en Alliage 800 Enseignements: - Bon fonctionnement global - Difficultés de prédiction des déformations tuyauteries (DAB ) - Amélioration nécessaire de la prise en compte des grandes fuites de sodium dans les batiments boucles et GV - ISI complexe et longue des GV (sonde US multiéléments) - Vulnérabilité du concept GV monocorps en cas de réaction sodium/eau (réparabilité, requalification?) Manutention - Fuite du barillet: Inadéquation du matériau 15D3 Renforcement de la problématique fuite de cuve (> prise en compte fuite des 2 cuves) - Acceptabilité de l évacuation en gaz (solution PTC) mais cadences ralenties 13 13

14 Vue générale g SPX 14 14

15 Les Projets RNR 1500 et EFR Optimisation du dessin circuit primaire 1500 MWe dans CP 17 m Simplification et optimisation structures: réduction coûts, amélioration inspectabilité, facilitation dimensionnement Améliorations sûreté: Redondance supportage cœur Homogénéité résistance confinement (Dalle épaisse) Suppression cloches argon Puits de cuve tôlé Dispositifs antisismiques EPR passif et redondant «3 ème niveau» d AU Points restant ouverts: Thermohydraulique (surface libre: entrainement de gaz) Inspectabilité/réparabilité Robustesse dimensionnement, notamment viroles, BCC Faisabilité options nouvelles (dalle épaisse, joints échangeurs) Gestion fusion cœur 15 15

16 Les Projets RNR 1500 et EFR Optimisation du coeur Réduction hauteur assemblages, optimisation matériaux (TH ferritiques ) Optimisation protections neutroniques (B4C) Optimisation manutention Manutention en gaz (7,5kW) avec stockage interne de décroissance en réacteur Difficulté: Déchargement rapide difficile (fuite de cuve ) 16 16

17 Les Projets RNR 1500 et EFR Optimisation boucles secondaires et GV 6 Boucles «Regain» ( Suppression réservoir expansion) GV à tubes droits (9Cr) Optimisation installation générale Mais: Evaluation technico-économique: kwh EFR 30% plus cher que kwh REP 17 17

18 AREVA NP Réacteurs à Neutrons Rapides au Sodium 2- Les améliorations visées Les perspectives

19 Perspectives de développement RNR Na 2012 : Options definition Vision AREVA au plus tôt Start of the SFR demo Start of the SFR FOAK»2007»2012»2016»2021»2026»2031»2036»2041»R&D :»Identification of innovative options and assessment»validation of selected innovative options»demonstrator :»Preconceptual Design»Conceptual design»detailed Design»Construction»Operation»Standard plant:foak»standard commercial Plant :»Conceptual design»detailed design»construction»operation»sfr deployment»fuel manufacturing :»Test loops :»Construction»Operation»Workshop erection (if necessary)» Manufacturing fuel for demonstrator»fuel with MA for experiments and qualification 19 19

20 Objectif: Recherche d amd améliorations pour les RNR-Na Na de génération IV Une sûreté améliorée Des spécifications au moins égales à celles des REP de troisième génération. Une meilleure robustesse des démonstrations de sûreté vis à vis des spécificités des neutrons rapides et du sodium, accidents sévères et recriticité, risques sodium. Une réduction des coûts et des risques sur l investissement et l exploitation Investissement, rendement Inspection en service Facilité d exploitation, disponibilité Durée de vie (60 ans) Réparabilité et démantèlement. Une flexibilité pour la gestion des matières nucléaires Cycle fermé au plutonium. Capacité d incinération des déchets à vie longue

21 Un programme de R&D en 4 thèmes, en partenariat avec CEA et EDF La mise au point d un cœur à sûreté améliorée économe en ressources naturelles avec un combustible plus performant et capable d incinérer les actinides mineurs Une plus grande résistance du réacteur aux accidents sévères et aux agressions externes La recherche d'un système de conversion d énergie optimisé réduisant le risque sodium Le réexamen des options de conception des systèmes (Réacteur, composants, installation) pour faciliter l inspection, la maintenance, la disponibilité et le démantèlement pour réduire l impact environnemental et augmenter la résistance à la prolifération pour améliorer les performances et l économie globale 21 21

22 1- Cœur Objectif: Cœur performant à sûreté améliorée Conception de cœur à effet de vide sodium réduit en conservant a minima la régénération du Pu (réduction volume Na, cœur «gros volume, géométries alternatives, potentiel combustible carbure ) Conception cœur permettant d augmenter la résistance aux accidents (remontée de barre, BTI ): faible chute de réactivité Flexibilité vis-à-vis de la gestion Pu: Emplacements pour fertiles Conception du cœur pour accroître la maîtrise des risques de compaction: Renforcement raideur et/ou plaquettes Instrumentation cœur efficacité et dynamique du contrôle et de la surveillance du cœur : Mesures température par US Augmentation des performances du cœur (Burn-up): gainages ODS Capacités du cœur à réduire les déchets ultimes- incinération des actinides mineurs: Incinération hétérogène sur support UO2 Outils de simulation en support (codes): ERANOS, GERMINAL 22 22

23 2- Accidents sévèress Résistance aux accidents sévères et aux agressions externes Approche de sûreté et définition des principes préliminaires de sûreté: Recherche de robustesse des démonstrations Exclusion pratique des dégagements énergétiques importants Cohérence dimensionnement confinement Prise en compte référentiels EPR et REX SPX/EFR Conception d un assemblage orientée vers une gestion du combustible fondu sans recriticité énergétique (effet «Cachera», évaluation concepts JAEA FAIDUS ) Conception d un récupérateur de corium robuste (interne ou externe, matériaux sacrificiels/absorbants ) Renforcement des dispositions de défense en profondeur: renforcement confinement, impact avion, séismes importants, diversification EPR, fusion cœur, amélioration protection risques sodium, non prolifération Modélisation des accidents (codes: SAS4A, SIMMER ) 23 23

24 3- Conversion d éd énergie Recherche d'un système de conversion d énergie optimisé réduisant le risque sodium Amélioration SCE à eau vapeur Amélioration de la maîtrise du risque sodium-eau et augmentation des performances: GV modulaires «robustes» et «pardonnants» Investigations option SCE à gaz (notamment CO2 SC) objectif: suppression de tout risque contact sodium/eau Investigations alternatives au sodium pour BCS (sels fondus ) Optimisation du rendement (resurchauffe, optimisation températures/impératifs durée de vie et capacités matériaux) Vapeur Eau et Espaces gaz Supérieur Na2 Na2 Pipe D300 Vessel D2000 Total collector H under Na (m) 1,5 3 Number 6 1 Na volume (m3) 0,6 9,4 10,1 Cycle CO2 SC Etudes AREVA GV modulaires «robustes» avec resurchauffe Na 24 24

25 4- Conception du Réacteur R et des systèmes (1/2) Réexamen de la conception du réacteur Réexamen du système Réacteur pool vs loop (JSFR) Intérêt modularité? Poursuite simplification structures, supportage cœur Problématiques thermohydraulique/entrainement de gaz, résistance au séisme Allongement durée de vie, robustesse structures Compacité composants Poursuite analyse options EFR (dalle épaisse ) Optimisation du Circuit intermédiaire Utilisation acier ferritique (9-12 Cr)? Boucles compactes Pompes électromagnétiques Protections feux Na, séparation Na/H2O Concepts EI/GV intégrés avec fluide couplage (pour réacteur à boucles) 25 25

26 4- Conception du Réacteur R et des systèmes (2/2) Accélération de la Manutention du combustible Rééxamen évacuation en gaz: hottes à pots sodium, lavage haute puissance Systèmes à cadences élevées: double sas Autres systèmes: pantographes Augmentation des capacités d'inspection en Service et Réparabilité US sous sodium Autres techniques (Radio numérique ) Réexamen options d installation Confinement, séisme, chute d avion: semi enterrement Compacité, mise en commun (2 ou 4 réacteurs) Maintenabilité/accessibilité (Dessus Dalle ) Outils de simulation et de conception (RCC-MR ) 128 elements Transmission Reception Elevation investigated segment Focal cercle in transmission azimuth Focal point of the system Focal cercle in reception 2007 issue 26 26