When the remote measurement instrumentation works to improve the monitoring of the reactor building of nuclear power plants in case of severe accident

When the remote measurement instrumentation works to improve the monitoring of the reactor building of nuclear power plants in case of severe accident

P. Ferdinand  F. Pouillé  B. Ricque  J.-M. Bourbotte  H. Hamrita  V. Kondrasovs  H. Makil  L. Maurin  S. Rougeault  G. Cheymol  F. Damian  D. Duval  J-C. Jaboulay  P. Le Tutour  H. Maskrot  L. Barbot  J.-F. Haquet  C. Journeau  Q. Souquet  J.-F. Villard  G. Musoyank  M. Brovchenko  I. Duhamel  S. Fourrez  G. Helleux  L. Pichon  Y. Ouerdane 

LMP S.A, 49-51 rue du Moulin des Prés, 75013 Paris, France

CEA, LIST, 91191 Gif-sur-Yvette, France

CEA, DEN, 91191 Gif-sur-Yvette, France

CEA, DEN, 13108 Saint Paul-lez-Durance, France

AREVA NP, 1 place Jean Millier, 92084 Paris-La Défense cedex, France

Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), 92262 Fontenay-aux-Roses, France

THERMOCOAX, BP 26, Lieu-dit Planquivon, 61430 Athis-de-l’Orne, France

Université de Lyon, Lab. Hubert Curien UMR CNRS 5516 Université de Saint-Etienne, 42000 Saint-Étienne, France

Corresponding Author Email: 
p-ferdinand-lmpsa@sfr.fr; laurent.maurin@cea.fr;hicham.maskrot@cea.fr;christophe.journeau@cea.fr;jean-francois.villard@cea.fr;grigor.musoyan@areva.com;isabelle.duhamel@irsn.fr; laurent.pichon@thermocoax.com;ouerdane@univ-st-etienne.fr
Page: 
183-211
|
DOI: 
https://doi.org/10.3166/i2m.16.1-4.183-211
Received: 
| |
Accepted: 
| | Citation
Abstract: 

This paper deals with the post-Fukushima DISCOMS project dedicated to corium monitoring in case of Severe Accident with reactor vessel failure. After listing the objectives and identifying sensors’ locations, a radiative modeling was carried out for two generations of reactors (‘Gen2’ and ‘Gen3’), both in normal and accidental situations. Due to extreme conditions during the corium-concrete interaction, a thermal modeling at various depths of the concrete was carried out to optimize the sensors’ embedment. This leaded to the SPND design as well as the selection of single-mode optical fibers which will be able to withstand temperature  and  dose  during  60  years  of  operation,  plus  the  accident.  Several  fibers exhibiting a low Radiation Induced Attenuation have been qualified after irradiation tests. These fibers will be remotely sensed by several instruments (OTDR, DTS, BOTDA, OFDR), whose performances have been determined. SPND studies have shown that onset accident may be detectable. Hence, a low-current multi-channel electronics as well as a long SPND-thermocouple cane have been developed. This cane includes a Rhodium Collectron dedicated to neutron flux (normal operation), one Platinum type for neutrons and γ (Severe Accident), plus a type K thermocouple. The project will continue, up to its validation, and will end with a ‘Vulcano’ test of corium casting on a concrete slab. Once the feasibility assessed, the deployment of this innovative solution may be considered

Keywords: 

nuclear safety, severe accident, corium, basemat, monitoring, optical fiber sensors, self powered neutron detector, distributed sensing, remote measurement, power supply free

1. Introduction
2. Contexte, objectifs et cahier des charges du projet
3. Modélisations dans le puits de cuve en cas d’accident grave avec percement de la cuve du réacteur
4. Instrumentations et capteurs de mesure
5. L’essai prévu de coulée de corium
6. Conclusion et perspectives
Remerciements

Ce projet est cofinancé par le Programme d’Investissements d’Avenir et opéré par l’Agence Nationale de la Recherche, que le consortium souhaite remercier, de même que M. Antony Lebeau pour ses nombreux et judicieux conseils organisationnels, ainsi que pour ses encouragements

  References

AIEA (2002). Accident Analysis for Nuclear Power Plants. Int. Atomic Energy Agency, Vienna. ISBN 9201156022. ISSN 10206450. Safety Reports Series n° 23. http://www- pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1131_scr.pdf

AIEA (2016). Safety Standards for protecting people and the environment Specific Safety Guide. Int. Atomic Energy Agency, Vienna. ISBN 9789201028150 ISSN 1020525X No. SSG-39. http://www-pub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/Pub1694_web.pdf

ANR (2012). Appel à Projets Investissements d’Avenir - Recherche en Matière de Sûreté Nucléaire et de radioprotection (RSNR). http://www.agence-nationale- recherche.fr/investissementsdavenir/documents/2012/ANR-AAP-RSNR-2012.pdf

Appell B. (1988). Le simulateur de conduite S3C du Bugey : un moyen d’évaluation pour une salle de commande informatisée. Revue Générale de l’Électricité. Mars-avril. p. 131. http://dx.doi.org/10.1051/rgn/19882131

ASN (2013). Les Échelles de classement des incidents et accidents nucléaires et des événements en radioprotection. http://www.asn.fr/Media/Files/Echelle-INES-pour-le- classement-des-incidents-et-accidents-nucleaires

Barbot L. et al. (2015). Calculation to experiment comparison of SPND signals in various nuclear reactor environments. ANIMMA 2015, 20-24 April, Lisbon, Portugal.

Barbot L. et al. (2016). Experimental Validation of a Monte Carlo based Toolbox for Self- Powered Neutron and Gamma Detector Simulation in the Osiris MTR. PHYSOR 2016, May 1-5, Sun Valley, USA.

Bentaïb A., Bonneville H., Cénérino G. (2013). Les accidents fusion des réacteurs nucléaires de puissance : État des connaissances. EDP Sciences. ISBN : 978-2-7598-0972-1.

Birraux C., Bataille C., Sido B. (2011). Rapport de la mission parlementaire sur la sécurité nucléaire, la place de la filière et son avenir. Rapport n°3614 déposé par l’OPESCT sur le Bureau de l’Assemblée nationale, et sur le Bureau du Sénat sous le n°701, 30 juin. http://www2.assemblee-nationale.fr/documents/notice/13/rap-off/i3614/(index)/index- thematique-oecst ; http://www.senat.fr/rap/r10-701/r10-7011.pdf

Boldyreva E. (2015). Mesures réparties par réflectométrie fréquentielle sur fibres optiques. Thèse de l’Université de Toulouse, 20 octobre.

Bouyer V., Cassiaut-Louis N., Fouquart P., Piluso P. (2015). PLINIUS Prototypic Corium Experimental Platform: Major Results and Future Works. 16th  Nuclear Reactor Thermal Hydraulics conference, NURETH-16, Chicago.

Bordes F. (2015). Les exigences d’essais pour une qualification matérielle des équipements classés sûreté nucléaire. 17e Congrès International de Métrologie. 21-24 sept., Paris. http://cfmetrologie.edpsciences.org

Brovchenko M., Dechenaux B., Burn K.W., Console Camprini P., Duhamel I., Peron A. (2016a). Neutron-gamma flux and dose calculations in a Pressurized Water Reactor (PWR), Proceedings of ICRS-13 & RPSD-2016, October 3-6, Paris, France.

Brovchenko M., Duhamel I., Dechenaux, B. (2016b). Neutron-gamma flux and dose calculations for feasibility study of DISCOMS instrumentation in case of severe accident in a GEN 3 reactor.  Proceedings of ICRS-13 & RPSD-2016, October 3-6, Paris, France.

Dakin J.-P., Pratt D.J., Bibby G.W., and Ross J.N. (1985). Distributed optical fiber Raman temp. sensor using a semiconductor light source and detector. Electron. Lett., vol. 21, n° 13, p. 569.

Dien Y., Montmayeul R., Beltranda G. (1991). Allowing for Human Factors in Computerized Procedure Design. Proc. of the Human Factors Society, 35th Annual meeting. http://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1177/154193129103501009

European Committee (1992). European Committee for Standardization, Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 1-2: General rules - Structural fire design, Eu Standard EN-1-2.

Ferdinand  P.  (1989),  Optical  Fiber  Sensor  Network  Potentials  in  EDF.  Conference  on Optoelectronics Sensors and Systems, Glasgow, 1-2 June.

Ferdinand P., Denayrolles Y. et al. (1990). The potential for distributed sensors and optical fiber sensors network in the electric power industry. MST., vol. 1, n° 9, p. 908-916, Sept.

Ferdinand P., Magne S., Dewynter-Marty V., Pichon L., Bouvet J.-P., Rougeault S., and Bugaud M. (1998). Optical Fiber Sensors provide new means for measurement and monitoring within the Nuclear Industry. Int. Nuclear Congress ENC’98, October 25-28, Nice.

Ferdinand P. (2003). Thermomètres à fibres optiques, Procédés de mesure. Techniques de l’Ingénieur, Mesures et Contrôles, R 2800.

Ferdinand P. (2006). Quid de l’état de l’art des Réseaux de Capteurs à Fibres Optiques, 20 ans après leurs premiers balbutiements ? Colloque du Club « Contrôles et Mesures Optiques pour l’Industrie », 20-24 novembre, Mulhouse.

Ferdinand P. (2008). Réseaux de capteurs à fibres optiques, a) Mesures et multiplexage. R 460v2. et b) Applications. R 461. Techniques de l’Ingénieur, Mesures et Contrôles.

Ferdinand P., et al. (2011). De l’intérêt des Capteurs à Fibres Optiques pour le renforcement de la sûreté des centrales nucléaires. Actes du Colloque du Club CMOI, 21-25 novembre, Lille.

Ferdinand P., Magne S., Laffont G. (2013). Optical Fiber Sensors to improve the safety of Nuclear Power Plants, 4th APOS Conference, Wuhan, China, 15-18th October.

Ferdinand P., et al. (2015). DISCOMS: DIstributed Sensing for COrium Monitoring and Safety, The Int. Conf. on Smart Materials & Structures. CANSMART, 15-17 July. Vancouver, Canada.

Guarnieri F., Travadel S., Martin C., Portelli A., Afrouss A. L’accident de Fukushima Dai Ichi : le récit du directeur de la centrale. Vol. 1 - L’anéantissement, ISBN : 9782356712059. vol. 2 - Seuls, ISBN: 9782356712295. Presse des Mines. http://www.pressesdesmines.com/ libres-opinions/l-accident-de-fukushima-dai-ichi.html

Goorley J.T. et al. (2013). Initial MCNP6 Release Overview – version 1.0. LA-UR-13-22934. Hartog, A.H. (1983). A distributed temperature sensor based on liquid-core optical fibers. J. Light. Tech. 1(3), p. 498-509.

IEC 61508 (2010). Functional safety of electrical/electronic/programmable electronic safety- related systems. https://webstore.iec.ch/publication/5515

IEC 62241 (2004). Nuclear power plants - Main control room - Alarm functions and presentation. https://webstore.iec.ch/publication/6630

ISO/IEC TR 29110 (2016). Systems and software engineering - Lifecycle profiles for Very Small Entities (VSEs). https://webstore.iec.ch/publication/25174

LABRA (2017). http://www-centre-saclay.cea.fr/fr/Le-Labra-une-plateforme-d-irradiation-au- service-des-industriels-et-des-chercheurs

Légifrance (1963). Décret n° 63-1228 du 11 décembre 1963 relatif aux installations nucléaires. https://www.legifrance.gouv.fr/affichTexte.do? cidTexte= JORFTEXT000000490634

Hamrita H., Kondrasovs V., Makil H., Bourbotte J.M. (2016). Dispositif d’amplification électronique, appareil de mesure et procédé de mesure associés. Demande en cours d’un dépôt de brevet.

Naruse H. (2003). Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry System for Monitoring Structures: Development and Field Trials. Optical Fiber Sensor Int. Conf. OFS-16, Nara, Japan, 13-17, October, p. 514-517.

Niklès M. (1997). La diffusion Brillouin dans les fibres optiques : Etude et application aux capteurs distribués. Thèse n° 1674, EPFL, Département d’Electricité, Lausanne, Suisse.

Phéron X., Girard S., Boukenter A., Brichard B., Delepine-Lesoille S., Bertrand J., and Ouerdane (2012). Y. High -ray dose radiation effects on the performances of Brillouin scattering based optical fiber sensors. Opt. Exp., vol. 20, p. 26978-26985.

Sang A.K., Froggatt M.E., Kreger S.T., Gifford D.K. (2011). Millimeter resolution distributed dynamic strain measurements using optical frequency domain Reflectometry. Optical Fiber Sensor Int. Conf. OFS-21, 15-19 May, Ottawa, Canada, SPIE vol. 7753.

Sari A. et al. (2014). Design of a Neutron Interrogation Cell Based on an Electron Accelerator and Performance Assessment on 220 Liter Nuclear Waste Mock-Up Drums. IEEE Trans. On Nuclear Science, vol. 61, n° 4, August.

Senat (2017). Office Parlementaire des Choix Scientifiques et Technologiques. http://www.senat.fr/opecst

Sevón  T.,  Journeau  C.,  Ferry  L.  (2013).  VULCANO  VB-U7  experiment  on  interaction between oxidic corium and hematite-containing concrete, Ann. Nuclear Energy 59, p.224-229.

Soller B.J., Froggatt M.E., Gifford D.K., Wolfe M.S., Yu M.H. and Wysocki P.F. (2006). Measurement of Localized Heating in Fiber Optic Components with Millimeter Spatial resolution. Optical Fiber Communications Conf. OFC 2006, Anaheim, CA, USA, March 5.

Spindler B., Tourniaire B., Seiler J.-M. (2006). Simulation of MCCI with the TOLBIAC-ICB code based on the phase segregation model. Nucl. Eng. Des., 236: p. 2264-2270.

TRIPOLI-4® Project Team (2013). TRIPOLI-4® Version 8 User Guide. CEA-R-6316. Feb. 2013. http://www.oecd-nea.org/tools/abstract/detail/nea-1716/

Tsilanizara A., Huynh T.D., Jouanne C., Visonneau T. (2010). Guide d’utilisation du logiciel DARWIN/PEPIN2 V2.3. CEA DEN/DANS/DM2S/SERMA/LLPR/RT/10-4898/A.

Wijnands T., De Jonge L. K., Kuhnhenn J., Hoeffgen S. K., and Weinand U. (2008). Optical absorption in commercial single mode optical fibers in a high-energy physics radiation field. IEEE Trans. Nucl. Science, vol. 55, n° 4, p. 2216-2222, Aug