FR3119891A1 - Dispositif de caractérisation d’un bain de corium formé ou en cours de formation dans un réacteur nucléaire - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un dispositif de caractérisation (1) des propriétés géométriques et/ou physiques d’un bain de corium (4) formé ou en cours de formation dans un réacteur nucléaire, lesdites propriétés étant variables dans le temps et/ou dans l’espace, ledit dispositif s’étendant selon une direction longitudinale (Z) et comprenant :- un inducteur (12) apte à appliquer un champ magnétique à l’ensemble du corium (4) à caractériser, ledit inducteur comprenant au moins deux bobines supérieures (12111, 12121), disposées au-dessus dudit corium, et au moins deux bobines inférieures (12112, 12122) disposées en dessous dudit corium ;- au moins un capteur (11) apte à mesurer une densité de flux magnétique, ledit au moins un capteur étant disposé à l’extérieur du corium (4) à caractériser. L’invention concerne également un système comprenant un dispositif de caractérisation (1) et un dispositif d’expérimentation comprenant un contenant (3) apte à contenir un corium (4) à caractériser dans le temps et/ou dans l’espace. Figure pour l’abrégé : Fig. 1B
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention se situe dans le domaine de la caractérisation d’un bain de corium formé ou en cours de formation dans un réacteur nucléaire. L’invention vise particulièrement à caractériser le phénomène qui peut survenir en cas d’accident grave de réacteur nucléaire et de fusion du cœur dudit réacteur nucléaire et qui forme un corium.
La caractérisation concerne les propriétés électriques, magnétiques et/ou géométriques dudit corium, et les variations de ces propriétés dans le temps et/ou dans l’espace, le corium étant un milieu hétérogène et conducteur de l’électricité. Selon l’invention, la caractérisation est réalisée à distance, en utilisant des moyens électromagnétiques.
Etat de la technique
Dans de nombreuses applications, il est nécessaire de pouvoir caractériser les matières en présence dans un volume donné. Ces caractérisations doivent dans de nombreux cas être réalisées par des moyens non intrusifs et sans contact avec les matières à caractériser. L’invention concerne de telles caractérisations de matières en présence dans un volume de corium.
Dans le domaine nucléaire et plus précisément dans le domaine des accidents graves de réacteurs nucléaires, il peut se créer un milieu appelé « corium » se formant en cas de fusion d’un cœur de réacteur nucléaire. Le corium est un magma constitué d'éléments fondus du cœur d'un réacteur nucléaire, ainsi que de minéraux qu'il peut absorber lors de son trajet. Le corium est un volume hétérogène, composé majoritairement de métaux et/ou d’oxydes métalliques et comprend aussi généralement des minéraux. Le corium est sous la forme d’un magma, c’est à dire qu’il comprend des parties liquides (liquéfiées) et des parties solides (non liquéfiées). En outre, c’est un milieu qui est variable dans le temps, des éléments solides pouvant se liquéfier et/ou des éléments liquides pouvant se solidifier au cours du temps, et qui est également variable dans l’espace, les parties liquides et solides évoluant en permanence au sein du milieu, et le corium dans son ensemble est un milieu qui peut se déplacer, s’étendre ou se rétrécir. Une caractéristique importante des variations dans l’espace et dans le temps du corium est que les vitesses de déplacement sont lentes. Les vitesses mécaniques du corium sont de l’ordre de 1 mm.s-1.
En outre, la température du corium est extrêmement élevée, elle peut atteindre 2300°C, 2500°C voire 3000°C. De ce fait, la caractérisation du corium ne peut généralement pas être réalisée en contact avec celui-ci.
Par extension, le terme « corium » couvre aussi tout simulant de corium destiné à comprendre et étudier la nature et l’évolution du corium en conditions réelles. En outre, lorsqu’un tel corium est simulé, la formation du simulant de corium peut être simulée dans un contenant autre mais représentatif d’un réacteur nucléaire. L’expression « bain de corium formé ou en cours de formation dans un réacteur nucléaire » couvre une telle simulation.
Parmi les familles de techniques connues pour réaliser des caractérisations à distance, les techniques électromagnétiques sont d’un usage très répandu car elles présentent l’avantage principal d’envoyer une onde pénétrant la matière et d’être sensible aux grandeurs physiques que sont la résistivité électrique et la perméabilité magnétique. Cela permet de caractériser la matière en certains points du volume, voire en tout point de son volume, selon la technique utilisée.
Un exemple de caractérisation électromagnétique est la caractérisation électromagnétique basse fréquence (les courants de déplacement sont négligeables : cas de l’approximation des régimes quasi-permanents), qui est décrite ci-après. Par simplification, on appellera « champ magnétique » la grandeur vectorielleBqui est en toute rigueur une densité de flux magnétique. Elle peut également être désignée par « champ d’induction magnétique ».
L’application d’un champ magnétique à un volume de matière peut entraîner une réponse de ladite matière. Suivant la nature du champ magnétique appliqué et les propriétés de la matière que l’on cherche à caractériser, il peut apparaître une modification du champ magnétique appliqué. Cette modification est produite soit par une distorsion des lignes du champ magnétique du fait d’une perméabilité magnétique relative de la matière lorsqu’elle est nettement différente du milieu ambiant, soit par la circulation de courants induits rendus possibles par la résistivité ohmique de la matière, soit enfin par l’existence d’une vitesse de déplacement relative entre le champ magnétique appliqué et la matière à condition que celle-ci soit conductrice de l’électricité.
Plusieurs types de catégorisations sont possibles pour classer les différences technologies de caractérisation électromagnétique. Ci-après, il est proposé une catégorisation par équations physiques auxquelles seront associées des technologies. Certaines de ces équations sont celles dites de « Maxwell ». Dans le cadre de l’approximation des régimes quasi-permanents, elles font intervenir trois propriétés physiques de la matière à caractériser : résistivité ohmique (propriété électrique), perméabilité magnétique (propriété magnétique), vitesse de déplacement. Elles sont exprimées ci-dessous dans le cadre de l’approximation des régimes quasi-permanents, qui suppose que les courants de déplacement sont négligeables.
Dans le cadre de la magnétodynamique (champ magnétique variable dans le temps), les équations sont les suivantes :
Equation de Maxwell – Faraday :
Où est l’opérateur différentiel, est le champ électrique et est le champ d’induction magnétique
Equation de Maxwell – Ampère :
Oùµest la perméabilité magnétique de la matière à caractériser (perméabilité magnétique relative par rapport au milieu ambiant) et est la densité de courant électrique traversant la matière
Equations de conservation :
Loi d’Ohm:
Où est le champ de vitesse mécanique de la matière à caractériser (caractérisant son déplacement) et σ est la conductivité électrique de la matière à caractériser.
L’équation d’induction (transport du champ magnétique) prend la forme suivante :
Elle fait apparaître les termes suivants :
Dans le cas particulier de l’absence de mouvement (le champ de vitesse mécanique est nul), l’équation d’induction devient :
L’application de ces équations aux différentes matières à caractériser dépend du fait que celles-ci sont conductrices de l’électricité ou non (conductivité σ). La perméabilité magnétique relativeµ(également désignée parµ r ) de la matière à caractériser influence également ce système d’équations. L’existence d’une vitesse de déplacement relative entre la matière à caractériser et le champ d’induction magnétique influence également ces équations.
Dans le cadre de la magnétostatique (champ magnétique statique), les courants et les champs électriques sont constants. Les équations précédentes deviennent :
Equation de Maxwell - Ampère :
Equation de conservation :
Loi d’Ohm :
L’équation d’induction est réduite à :
Dans le cas particulier de l’absence de mouvement (le champ de vitesse mécanique est nul), l’équation d’induction devient :
Les classes définies ci-dessous sont des technologies de caractérisation dont le fonctionnement repose sur ces équations de l’électromagnétisme relevant soit de la magnétodynamique, soit de la seule magnétostatique :
Classe 1 : sensible aux 3 grandeurs physiques qui sont suffisamment « perceptibles », c’est à dire définie pour des matières ayant des grandeurs physiques significativement différentes de celles du milieu ambiant. Typiquement applicable pour du fer solide en mouvement.
Classe 2 : sensible à la perméabilité magnétique. Typiquement applicable pour un massif de fer feuilleté solide statique, une culasse de transformateur électrique…
Classe 3 : sensible à la résistivité ohmique. Typiquement applicable pour du métal liquide statique (par exemple du corium statique ou en mouvement suffisamment lent pour ne pas être perceptible).
Classe 4 : sensible à la résistivité ohmique et au mouvement. Typiquement applicable pour une coulée d’acier fondu (par exemple du corium en mouvement suffisamment rapide pour être perceptible).
Classe 5 : sensible à la résistivité ohmique et à la perméabilité magnétique. Typiquement applicable pour fer solide statique.
Pour chaque classe, il existe deux grandes familles de technologies : celle reposant sur l’application d’un champ magnétique statique et celle reposant sur l’application d’un champ magnétique variable dans le temps. Les champs magnétiques statiques sont plus pénétrants dans la matière (absence d’effet de « peau »), et ne sont pas une source de bruit pour les systèmes de mesures électriques. A l’inverse, les champs variables dans le temps créent un champ électrique qui peut engendrer des courants induits dans la matière si celle-ci est conductrice, ce qui peut être exploité pour la caractérisation.
Le tableau ci-dessous est un récapitulatif des classes et des deux grandes familles de technologies par classe :
AC désigne un champ magnétique variable et DC un champ magnétique statique.
Si on reprend les formules et notamment la formule Math. 12, sachant qu’un courant électrique ne peut être créé avec un champ magnétique statique, et que pour un métal liquide statique, la vitesse u est nulle, on comprend que le courant j qui traverse le métal est nul. Donc il n’est pas possible, à champ magnétique statique, et pour un métal liquide statique de détecter un phénomène. C’est pourquoi, il est indiqué que ceci est inopérant dans le cas de la classe 3 en DC.
Plus globalement, une technologie à champ magnétique statique ne peut pas être utilisée pour caractériser des matières immobiles et dont la perméabilité magnétique tend vers 1.
Concernant le corium, sa particularité est que les différentes matières en fusion le constituant peuvent être différenciées par leur résistivité ohmique du point de vue d’une technologie de caractérisation électromagnétique. En revanche, à leur niveau de température très élevée, il n’est pas possible de les distinguer par le biais de leurs perméabilités magnétiques relatives car celles-ci sont toutes sensiblement égales entre elles quel que soit le matériau (valeurs asymptotiques tendant vers la valeur 1 : au-delà de la température de Curie, tout matériau perd en effet ses propriétés ferromagnétiques pour redevenir paramagnétique). Ceci confirme donc que les classes 3 et 4 sont les mieux adaptées.
Actuellement, la connaissance de l’état du corium est limitée à l’instant de sa formation et à celui de sa solidification en fin de phase accidentelle. Pour faire progresser la compréhension des mécanismes d’accident grave et les phénomènes physiques associés, il est nécessaire d’étudier le comportement du corium durant son évolution entre sa formation et sa solidification. Cette étude est réalisée par le biais de simulations numériques s’appuyant sur des expérimentations à échelle réduite. Les expérimentations nécessitent des moyens de caractérisation du corium, généralement un simulant du corium.
La caractérisation du corium est actuellement réalisée par examen post expérimentation à l’état final à froid et donc figé, et ce à l’aide de techniques connues (examen destructif). Pour progresser dans la compréhension de la nature et de l’évolution du corium, les scientifiques souhaitent connaitre la position relative des différentes matières présentes dans le bain en fusion alors que le corium ou un simulant de corium est en fusion. En effet, ces matières se forment et évoluent au gré des réactions physico-chimiques, comme décrit par exemple dans le document« Transient stratification modelling of a corium pool in a LWR vessel lower head » Nuclear Engineering and Design, Volume 287, June 2015, Pages 68-77. Ainsi, la caractérisation du corium ne peut pas être réalisée par le seul examen du corium refroidi.
Parmi les dispositifs et procédés de caractérisation connus dans la classe 4 (pour des mélanges métalliques et semi-conducteurs fondus en mouvement), on connaît le dispositif de tomographie à champ continu, comme décrit par exemple dans le document« Contactless inductive flow tomography » P hysical Review E - Statistical , Nonlinear , and Soft Matter Physics , Volume 70, Issue 5 2, November 2004. Les mélanges métalliques et semi-conducteurs fondus sont caractérisés par une conductivité électrique élevée. Par conséquent, lorsqu'ils sont exposés à un champ magnétique externe, le mélange fondu qui coule donne des courants électriques qui entraînent une déformation du champ magnétique appliqué. Cette déformation de champ est mesurable en dehors du volume de fluide, et peut notamment être utilisée pour reconstruire le champ de vitesse du mélange fondu.
Le dispositif ainsi décrit est sensible à un fluide conducteur de l’électricité en mouvement. Or, le corium peut être considéré comme un milieu quasiment statique. Comme décrit précédemment, les mouvements mécaniques de matière dans le corium sont lents (vitesses mécaniques de l’ordre de 1 mm.s-1), en tout cas suffisamment lents pour ne pas être visibles par un dispositif de caractérisation électromagnétique.
Un autre dispositif de caractérisation connu dans la classe 4 est un dispositif à champ variable, constitué d’un moyen d’excitation composé de plusieurs bobines qui sont alimentées successivement les unes après les autres. Le champ magnétique appliqué au volume à caractériser est discontinu dans le temps. Le dispositif, et le procédé correspondant, repose sur la réalisation de prises de mesures successives, ce qui en fait un procédé de tomographie avec des champs commutés discrètement. L’inconvénient de ce dispositif est que, par nature, il ne délivre pas un champ continu dans le temps et l’espace. Le champ magnétique créé par le moyen d’excitation développe des courants induits qui ne sont pas planaires et circonférentiels au volume caractérisé. Le volume à caractériser doit donc être homogène pour en permettre l’examen. Il ne peut donc notamment pas être utilisé au cas du bain de corium qui est inhomogène et généralement stratifié : en effet, les courants induits par ce dispositif tendraient à traverser plusieurs strates du bain de corium lors de leur circulation. Au contraire, il est recherché des courants qui tendent à circuler uniquement au sein de chaque strate du bain de corium, de manière à ce que les capteurs au droit de chaque strate puissent traduire plus aisément l’influence des propriétés d’une strate sur les courants développés dans son volume. Lorsque ce n’est pas le cas, il est très difficile de caractériser les différentes phases en présence dans le corium.
Un dispositif de caractérisation de la classe 3 est plus adapté à la caractérisation du corium. Ceci exclut la possibilité de caractériser le corium, considéré donc comme statique, grâce à une excitation par un champ magnétique statique. Par voie de conséquence, cela impose d’utiliser un champ magnétique variable dans le temps (qui peut aussi être variable dans l’espace).
La caractérisation des matières en présence et leur localisation dans le bain de corium peut être réalisable par une succession « d’images » retraçant l’état instantané des constituants du bain et leur évolution.
Parmi les dispositifs de caractérisation connus dans la classe 3, certains reposent sur des champs variables et sont destinés à mesurer des résistivités ohmiques et/ou des perméabilités magnétiques. Un exemple est décrit dans la demande de brevet FR2548351 qui divulgue un procédé de mesure comprenant les étapes suivantes :
- appliquer un champ magnétique alternatif à une pièce coulée métallique dont l'intérieur n'est pas solidifié ;
- détecter sans contact la grandeur de courants de Foucault produits dans la pièce coulée au moyen d'un enroulement de détection; et
- mesurer l'épaisseur de la coquille solidifiée de la pièce coulée à partir de la grandeur des courants de Foucault et en concordance avec la différence de résistance électrique entre la partie non solidifiée et la partie solidifiée de la pièce coulée.
Le procédé de la demande de brevet FR2548351 repose sur l’effet que, lorsqu'un certain métal à l'état liquide passe dans un état solide lors du refroidissement, la résistivité électrique du métal varie, et cela se traduit à son tour par une augmentation des courants de Foucault passant dans la zone.
Ce procédé (avec l’appareillage correspondant) mesure une épaisseur de zone périphérique solidifiée dans un volume globalement liquide dans une zone localisée du volume. Son principe de fonctionnement à champ magnétique variable est sensible à des métaux liquides qui ne sont pas en mouvement et dont la perméabilité magnétique relative est sensiblement la même que celles des autres matières environnantes. Cependant, cet appareillage ne sonde pas l’ensemble du volume de matière en présence. Il ne peut pas caractériser l’ensemble de la structure du volume non homogène d’un bain de corium, notamment avec des matériaux différents.
- appliquer un champ magnétique alternatif à une pièce coulée métallique dont l'intérieur n'est pas solidifié ;
- détecter sans contact la grandeur de courants de Foucault produits dans la pièce coulée au moyen d'un enroulement de détection; et
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Le procédé de la demande de brevet FR2548351 repose sur l’effet que, lorsqu'un certain métal à l'état liquide passe dans un état solide lors du refroidissement, la résistivité électrique du métal varie, et cela se traduit à son tour par une augmentation des courants de Foucault passant dans la zone.
Ce procédé (avec l’appareillage correspondant) mesure une épaisseur de zone périphérique solidifiée dans un volume globalement liquide dans une zone localisée du volume. Son principe de fonctionnement à champ magnétique variable est sensible à des métaux liquides qui ne sont pas en mouvement et dont la perméabilité magnétique relative est sensiblement la même que celles des autres matières environnantes. Cependant, cet appareillage ne sonde pas l’ensemble du volume de matière en présence. Il ne peut pas caractériser l’ensemble de la structure du volume non homogène d’un bain de corium, notamment avec des matériaux différents.
L’invention vise à surmonter les inconvénients précités de l’art antérieur.
Plus particulièrement, l’invention vise à disposer d’un dispositif qui permette de caractériser les matières en présence dans un bain de corium formé ou en cours de formation dans un réacteur nucléaire, le corium étant un milieu non homogène, composé majoritairement de métaux et/ou d’oxydes métalliques et aussi généralement de minéraux, qui se présente sous forme de magma à très haute température, et dont les propriétés physiques et/ou géométriques varient dans l’espace et dans le temps, avec des mouvements mécaniques de matière dans le corium relativement lents.
De manière avantageuse, l’invention vise à caractériser l’ensemble du volume de matières en présence dans le corium et ce en tout point dudit volume de matière.
L’invention permettant de remédier à ces inconvénients est un dispositif de caractérisation des propriétés géométriques et/ou physiques d’un bain de corium formé ou en cours de formation dans un réacteur nucléaire, lesdites propriétés étant variables dans le temps et/ou dans l’espace, les vitesses de déplacement au sein du corium étant lentes, ledit dispositif s’étendant selon une direction longitudinale et comprenant :
- un inducteur apte à appliquer un champ magnétique à l’ensemble du corium à caractériser, ledit inducteur comprenant au moins deux bobines supérieures configurées pour être disposées au-dessus dudit corium, et au moins deux bobines inférieures configurées pour être disposées en dessous dudit corium ;
- au moins un capteur apte à mesurer une densité de flux magnétique, ledit au moins un capteur étant configuré pour être disposé à l’extérieur du corium à caractériser, à une distance adaptée pour pouvoir mesurer le champ magnétique modifié par ledit corium.
- un inducteur apte à appliquer un champ magnétique à l’ensemble du corium à caractériser, ledit inducteur comprenant au moins deux bobines supérieures configurées pour être disposées au-dessus dudit corium, et au moins deux bobines inférieures configurées pour être disposées en dessous dudit corium ;
- au moins un capteur apte à mesurer une densité de flux magnétique, ledit au moins un capteur étant configuré pour être disposé à l’extérieur du corium à caractériser, à une distance adaptée pour pouvoir mesurer le champ magnétique modifié par ledit corium.
Comme défini plus avant dans la description, le corium est un volume hétérogène, composé majoritairement de métaux et/ou d’oxydes métalliques et comprend aussi généralement des minéraux, le tout sous la forme d’un magma. En outre, c’est un milieu qui est variable dans le temps, des éléments solides pouvant se liquéfier et/ou des éléments liquides pouvant se solidifier au cours du temps, et qui est également variable dans l’espace, les parties liquides et solides évoluant en permanence au sein du milieu, et le corium dans son ensemble est un milieu qui peut se déplacer, s’étendre ou se rétrécir. Une caractéristique importante des variations dans l’espace et dans le temps du corium est que les vitesses de déplacement sont lentes, de l’ordre de 1 mm.s-1.
En outre, le corium constitue un volume de matières conductrices de l’électricité.
En outre, la température du corium est extrêmement élevée, elle peut atteindre 2300°C, 2500°C voire 3000°C. De ce fait, le dispositif de caractérisation, qui est disposé à l’extérieur et à distance du corium, est adapté à la caractérisation du corium.
Il est également rappelé que, par extension, le terme « corium » couvre aussi tout simulant de corium destiné à comprendre et étudier la nature et l’évolution d’un corium en conditions réelles. En outre, lorsqu’un tel simulant de corium est formé en conditions expérimentales, la formation du simulant de corium peut être réalisée dans un contenant autre qu’un réacteur nucléaire mais représentatif d’un réacteur nucléaire, par exemple une cuve représentative des cuves de réacteurs ou un creuset adapté à la température de fusion du corium. L’expression « bain de corium formé ou en cours de formation dans un réacteur nucléaire » couvre une telle simulation expérimentale.
Par ailleurs, dans la suite de la description, les expressions « bain de corium » et « corium » pourront être utilisées indifféremment, et il est supposé être « formé ou en cours de formation ».
L’homme du métier saura adapter la direction longitudinale du dispositif, ainsi que ses dimensions, à celles du corium à caractériser.
Le au moins un capteur est disposé à une distance adaptée pour pouvoir mesurer le champ magnétique modifié par le corium. De préférence, le capteur est disposé le plus près possible du corium de manière à améliorer la mesure de densité de flux. Cependant, compte tenu des températures extrêmement élevées que peut attendre le corium, une distance optimale sera déterminée par l’homme du métier pour ne pas risquer de détériorer le capteur.
Selon l’invention, les termes « en-dessous », « au-dessus » et « hauteur » sont à comprendre par référence à la direction longitudinale du dispositif de caractérisation lorsqu’il est disposé à la verticale, sachant qu’il peut ne pas être disposé à la verticale. Le terme « radial » est à comprendre par référence à un plan perpendiculaire à la direction longitudinale.
Le dispositif de caractérisation comporte en effet selon une première caractéristique qui est la disposition des bobines au-dessus et en dessous du corium à caractériser, qui permet de caractériser en tout point sur l’ensemble de son volume. Le dispositif de caractérisation permet ainsi de réaliser un « balayage » sur l’ensemble de son volume. Lorsque le corium est de forme allongée, la direction longitudinale du dispositif correspond à celle du corium. Une seconde caractéristique est l’emplacement du (ou des) capteur(s) permettant de mesurer les modifications du champ magnétique induites par le corium à caractériser, lesdites modifications permettant de caractériser ledit corium.
Le dispositif de caractérisation peut comprendre plusieurs caractéristiques complémentaires, décrites dans ce qui suit, et qui peuvent être prises de manière isolée ou en combinaison l’une avec l’autre, ou les unes avec les autres.
Les bobines sont de préférence enroulées toutes autour d’un même axe de révolution, et sont avantageusement centrées par rapport au corium à caractériser.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de caractérisation comprend en outre un moyen de traitement relié à le au moins un capteur et apte à déterminer au moins une propriété géométrique et/ou physique du corium en fonction du champ magnétique modifié, mesuré par le au moins un capteur.
Ledit moyen de traitement permet de réaliser au moins tout ou partie des opérations suivantes : traiter les informations reçues par les capteurs, délivrer les valeurs de densité de flux magnétique recherchées (par exemple la norme magnétique), relier lesdites valeurs aux positions des capteurs, à différentes parties du corium à caractériser, relier lesdites valeurs au temps (lorsque le corium est en formation), fournir les données de post-traitement souhaitées par l’utilisateur …
Selon un mode de réalisation préféré, le au moins un capteur est disposé en regard du corium, et au plus proche dudit corium.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif de caractérisation comprend une pluralité de capteurs, lesdits capteurs étant disposés à différents emplacements en relation avec différentes portions du corium à caractériser. Cela permet de caractériser le corium sur les différentes portions.
Selon un mode de réalisation particulier, les capteurs sont disposés à différents niveaux selon la direction longitudinale. Cela permet de caractériser le corium sur tout ou partie de sa longueur.
Selon un mode de réalisation avantageux, l’inducteur comprend au moins trois bobines supérieures, disposées au-dessus dudit corium, et au moins trois bobines inférieures disposées en dessous dudit corium. En effet, disposer d’au moins trois bobines permet de former un champ magnétique plus régulier.
Selon un mode de réalisation, les bobines sont toutes enroulées selon un même axe de révolution selon la direction longitudinale.
Selon un mode de réalisation particulier dans lequel le corium à caractériser forme un cylindre de révolution, l’axe de révolution des bobines correspond sensiblement à l’axe de révolution dudit corium à caractériser.
Selon une première variante de réalisation, les bobines supérieures et les bobines inférieures sont couplées entre elles de manière à appliquer un champ magnétique glissant, de préférence par paires en anti-série. De préférence, les bobines sont couplées de manière à former trois phases.
Selon une seconde variante de réalisation, toutes les bobines sont couplées entre elles de manière à appliquer un premier champ magnétique pulsant.
Selon une troisième variante de réalisation, les bobines supérieures sont couplées entre elles d’une part, et les bobines inférieures sont couplées entre elles d’autre part, de manière à appliquer un second champ magnétique pulsant.
L’invention concerne également un système comprenant :
- un dispositif de caractérisation ; et
- un dispositif d’expérimentation comprenant un contenant apte à contenir le corium à caractériser dans le temps et/ou dans l’espace.
- un dispositif de caractérisation ; et
- un dispositif d’expérimentation comprenant un contenant apte à contenir le corium à caractériser dans le temps et/ou dans l’espace.
Le contenant doit être adapté au corium à caractériser et notamment à son évolution dans le temps le cas échéant. La direction longitudinale du dispositif de caractérisation, ainsi que ses dimensions doivent alors être adaptées au contenant. Le contenant peut être une cuve du type des cuves de réacteurs nucléaires, ou un creuset adapté à la température de fusion du corium.
Dans ce cas, les bobines supérieures sont disposées au-dessus dudit contenant, et les bobines inférieures sont disposées en dessous dudit contenant, et le au moins un capteur est disposé à l’extérieur dudit contenant, et de préférence au plus proche de celui-ci (pour être au plus proche du corium à caractériser). Cependant, compte tenu des températures extrêmement élevées que peut attendre le corium, une distance optimale sera déterminée par l’homme du métier pour ne pas risquer de détériorer le capteur.
Dans le cas d’un contenant de forme cylindrique de révolution, les bobines peuvent former un diamètre intérieur sensiblement égal au diamètre extérieur du contenant, ou un diamètre intérieur supérieur au diamètre extérieur du contenant.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’expérimentation comprend en outre le corium à caractériser dans le temps et/ou dans l’espace.
Selon un mode de réalisation préféré, au moins une propriété physique du corium est choisie parmi la résistivité ohmique ou la perméabilité magnétique.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’expérimentation comprend en outre un moyen de chauffage apte à chauffer le corium, le au moins un capteur étant disposé à face audit moyen de chauffage.
Brève description des figures
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’aide de la description qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, faite en regard des figures annexées parmi lesquelles
Claims (15)
- Dispositif de caractérisation (1) des propriétés géométriques et/ou physiques d’un bain de corium (4) formé ou en cours de formation dans un réacteur nucléaire, lesdites propriétés étant variables dans le temps et/ou dans l’espace, les vitesses de déplacement au sein du corium étant lentes, ledit dispositif s’étendant selon une direction longitudinale (Z) et comprenant :
- un inducteur (12) apte à appliquer un champ magnétique à l’ensemble du corium (4) à caractériser, ledit inducteur comprenant au moins deux bobines supérieures (12111, 12121), configurées pour être disposées au-dessus dudit corium, et au moins deux bobines inférieures (12112, 12122) configurées pour être disposées en dessous dudit corium ;
- au moins un capteur (11) apte à mesurer une densité de flux magnétique, ledit au moins un capteur étant configuré pour être disposé à l’extérieur du corium (4) à caractériser, à une distance adaptée pour pouvoir mesurer le champ magnétique modifié par ledit corium. - Dispositif de caractérisation (1) selon la revendication 1, comprenant en outre un moyen de traitement (10) apte à déterminer au moins une propriété géométrique et/ou physique du corium (4) en fonction du champ magnétique modifié mesuré par le au moins un capteur (11).
- Dispositif de caractérisation (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, le au moins un capteur (11) étant adapté pour être disposé en regard du corium (4).
- Dispositif de caractérisation (1) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant une pluralité de capteurs (11), lesdits capteurs étant disposés à différents emplacements en relation avec différentes portions du corium (4) à caractériser.
- Dispositif de caractérisation (1) selon la revendication 4, les capteurs (11) étant disposés à différents niveaux selon la direction longitudinale (Z).
- Dispositif de caractérisation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’inducteur (12) comprenant au moins trois bobines supérieures (12111, 12121, 12131), adaptées pour être disposées au-dessus dudit corium, et au moins trois bobines inférieures (12112, 12122, 12132) adaptées pour être disposées en dessous dudit corium.
- Dispositif de caractérisation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, les bobines étant toutes enroulées selon un même axe de révolution selon la direction longitudinale (Z).
- Dispositif de caractérisation (1) selon la revendication 7, le corium (4) à caractériser formant un cylindre de révolution, l’axe de révolution des bobines étant adapté pour correspondre sensiblement à l’axe de révolution dudit corium à caractériser.
- Dispositif de caractérisation (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, les bobines supérieures et les bobines inférieures étant couplées de manière à appliquer un champ magnétique glissant, de préférence de manière à former trois phases (1211, 1212, 1213).
- Dispositif de caractérisation selon l’une des revendications 1 à 8, toutes les bobines étant couplées entre elles de manière à appliquer un premier champ magnétique pulsant.
- Dispositif de caractérisation selon l’une des revendications 1 à 8, les bobines supérieures étant couplées entre elles d’une part, et les bobines inférieures étant couplées entre elles d’autre part, de manière à appliquer un second champ magnétique pulsant.
- Système comprenant :
- un dispositif de caractérisation (1) choisi selon l’une des revendications 1 à 11 ;
- un dispositif d’expérimentation comprenant un contenant (3) apte à contenir le corium (4) à caractériser dans le temps et/ou dans l’espace. - Système selon la revendication 12, le dispositif d’expérimentation comprenant en outre :
- le corium (4) à caractériser dans le temps et/ou dans l’espace. - Système selon la revendication 13, le dispositif de caractérisation (1) étant apte à caractériser au moins une propriété physique du corium (4) choisie parmi la résistivité ohmique ou la perméabilité magnétique.
- Système selon l’une des revendications 12 à 14, le dispositif d’expérimentation comprenant en outre :
- un moyen de chauffage (2) apte à chauffer le corium (4) ;
le au moins un capteur (11) étant disposé à face audit moyen de chauffage.
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2021
- 2021-02-12 FR FR2101363A patent/FR3119891B1/fr active Active
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| "Transient stratification modelling of a corium pool in a LWR vessel lower head", NUCLEAR ENGINEERING AND DESIGN,, vol. 287, June 2015 (2015-06-01), pages 68 - 77 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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