Caractérisation expérimentale et numérique du procédé de chauffage par induction d’une sphère en tantale
En situation d’accident grave en réacteur nucléaire, les matériaux issus de la fusion du cœur, ou corium, se relocalisent suivant différents scénarios. Dans le cas des Réacteurs à Neutrons Rapides refroidis au sodium (RNR Na), l’établissement d’un régime d’ébullition en film du sodium autour des particules de corium liquide est une des phases prépondérantes gouvernant l’amplitude et l’efficacité des échanges thermiques durant l’interaction. Il est nécessaire d’acquérir les données qui font actuellement défaut pour définir des modèles ou corrélations d’échange fiables et valides pour qualifier l’interaction corium-sodium (IC-Na).
Le programme expérimental nommé SERUA (Sodium boiling Experimental Rig for Understanding of fuel-coolant interAction) a pour objet l’investigation de l’IC-Na à l’échelle d’une goutte. L’objectif est d’étudier des régimes d’ébullition du sodium autour d’un élément chauffé à haute température. Sur le principe, les débris de corium sont simulés en chauffant à très haute température par induction une sphère de tantale. Cette sphère instrumentée est ensuite plongée dans un bain de sodium pouvant être porté à saturation (850∘C), et l’évolution dans le temps des mesures de températures permet de caractériser la nature des échanges thermiques qui se déroulent pendant la phase de refroidissement.
Parallèlement au développement d’un dispositif adapté au chauffage d’un bain de sodium jusqu’à saturation, l’objet du travail en cours discuté ici se concentre sur un programme de qualification du procédé de chauffage de la sphère en tantale avant immersion. Ce programme comprend à la fois des simulations numériques et des essais de validation. Les simulations numériques visent à s’assurer que l’état de la bille (en température notamment, amplitude et distribution) soit compatible avec l’observation correcte des phénomènes d’intérêt (ébullition en film et transition). Les essais, réalisés dans l’installation VITI, permettent d’alimenter une base de validation pour les simulations, et servent de démonstration technologique pour le chauffage par induction d’une bille de tantale à des températures voisines de 2500 ∘C.
Plus particulièrement, l’accès à l’émissivité du tantale constitue un point-clé de l’approche. En premier lieu, la reconstruction de l’émissivité spectrale basée sur des éléments de littérature et/ou sur les mesures monochromatiques de plusieurs pyromètres in situ permet d’accéder au champ de température prévalant à la surface de la sphère, par correction des mesures effectuées via une caméra thermique. La comparaison de ces données avec les prédictions numériques permet par la suite d’estimer la loi de comportement de l’émissivité totale en fonction de la température minimisant l’écart entre expériences et simulations. La génération de données originales et la validation sur ces points de référence expérimentaux sur VITI autorisent à terme la mise en application des simulations au dimensionnement du moyen de chauffage de la sphère en tantale instrumentée qui sera déployée dans l’environnement expérimental spécifique de SERUA.
Work In Progress