Simulazione di transitori neutronici legati a movimenti di dilatazione compattazione nei RNR-Na. Scenario A.U.R.N.( arresto d'urgenza per reattività negativa )

In 1989 and 1990, the French experimental sodium fast reactor PHENIX faced a series of four similar alarms, known as Negative Reactivity Emergency Shutdowns (NRES). These events occurred after 15 years of normal operation without any major accident. In 2009, after 20 years of investigations, they have not been fully explained yet. Understanding this phenomenon is a key issue in the process of the conception of a new French prototype of fast reactor, ASTRID, planned in 2020. Among all hypothesis suggested to explain this phenomenon, the most likely imply a radial distortion of the reactor core (binding into sheaves): under an undetermined disruption, the core assemblies would have undergone a centrifugal distortion causing a loss of reactivity, followed by a centripetal return and a rise of reactivity. Coupled with a vertical movement of the control bars, this phenomenon may explain NRES signals. This study aims at simulating the signal measured in the ionization chambers under complex radial distortions. A calculation scheme, that links the physics (mechanical and neutron) of the problem, will be create. The following codes are used : - CAST3M mechanical code to calculate radial distortions; - CRONOS neutron deterministic calculation code, to calculate the power and the reactivity in the core; - TRIPOLI Monte-Carlo neutron code, to calculate the transmission of neutrons in the chambers. The main features of neutron physics will be analysed in the end.

L’enorme aumento della domanda di energia, la necessità di minimizzare i costi di produzione ed i vari progressi tecnologici hanno spinto gli enti di ricerca sul nucleare ad approfondire gli studi sulle nuove tecnologie di reattori, aprendo la strada ai reattori di 4 generazione. Nel maggior ente di ricerca francese, il CEA(Commissariat à l’Energie Atomique), gli studi si sono concentrati sullo sviluppo di reattori a neutroni rapidi raffreddati al sodio (SFR). Questo particolare tipo di reattore ha il vantaggio di valorizzare al massimo un combustibile ricco di elementi pesanti. Un ulteriore beneficio è dato dalla possibilità di appoggiarsi su un notevole ritorno d’esperienza, dovuto all’utilizzo di Phénix, il primo reattore nucleare francese a neutroni rapidi raffreddato al sodio e funzionante per 35 anni fino al 2009. In questo contesto è stato programmato, nel 2020, l’avviamento di un nuovo tipo di reattore SFR, chiamato ASTRID (Advanced Sodium Technological Reactor for Industrial Demonstration). Durante il processo di studio di un nuovo tipo di design di reattore, in parallelo agli studi parametrici di concezione, è importante indagare sui fenomeni legati alla sicurezza. Esaminando il ciclo di vita del reattore Phénix, si nota, tra il 1989 ed il 1990, il verificarsi di quattro eventi che hanno portato all’arresto di emergenza del reattore. Queste anomalie sono note come A.U.R.N. (Arrêts d’Urgence par Réactivité Négative ). Dopo quasi 20 anni di ricerche, le cause degli AURN non sono state ancora esaustivamente spiegate. Tra le numerose ipotesi sulla genesi di questi eventi, la più verosimile è quella legata a una deformazione radiale del nocciolo (fenomeno di “gerbage”): sotto l’effetto di una perturbazione di origine sconosciuta, gli assemblaggi di combustibile avrebbero subito una deformazione centrifuga causante una perdita di reattività. Il seguente movimento centripeto di ricompattazione del nocciolo avrebbe prodotto un aumento della reattività. Questo movimento di gerbage, unito a movimenti verticali del sommier permette di ottenere, attraverso simulazioni, segnali neutronici simili a quelli misurati in occasione degli AURN. Attraverso gli strumenti messi a disposizione dal CEA, è stato possibile effettuare degli studi di cinetica su geometrie complesse del nocciolo, con ipotesi sui movimenti degli assemblaggi più realistiche rispetto agli studi precedenti. Durante questo tirocinio ci si propone di indagare le possibili cause degli AURN, attraverso la simulazione e le analisi dei segnali percepiti all’interno del reattore e dalle camere a ionizzazione esterne durante il movimento di gerbage del nocciolo. A questo scopo è stato elaborato uno schema di calcolo generale che permette di accoppiare le tre fisiche del problema ed i tre codici di calcolo utilizzati : Castem per la parte meccanica, Cronos per la simulazione neutronica del nocciolo e Tripoli per il trasporto dei neutroni verso le camere di misura [3]. Infine sono state realizzate delle analisi conclusive sull’evoluzione della distribuzione della potenza nel caso di soli movimenti del nocciolo e di movimenti accoppiati del nocciolo e delle barre.