Journal de la science de l'énergie nucléaire et de la technologie de production d'électricité

Effets de la structure de la jante sur les performances des crayons combustibles avec extension de la combustion à l'aide de FRAPCON

Jianguo Yu, Hongbin Zhang

L'extension de la limite de combustion autorisée du combustible des réacteurs à eau légère (REL) est l'une des méthodes les plus prometteuses pour améliorer la compétitivité commerciale des centrales nucléaires. Les avantages d'une combustion élevée comprennent une réduction des coûts de maintenance et du cycle du combustible, moins d'opérations de rechargement conduisant à des facteurs de capacité plus élevés et une réduction du volume de combustible usé rejeté normalisé à l'énergie produite. Cependant, pour garantir l'intégrité des crayons de combustible avec un combustible à combustion élevée, il reste un certain nombre de problèmes à résoudre. Par exemple, la formation d'une structure à combustion élevée (HBS) ou d'une structure de bordure est probablement le processus de restructuration le plus important au bord des pastilles en pile avec une extension de la combustion dans les REL et l'effet de la HBS sur les propriétés thermophysiques ou mécaniques du combustible est une exigence clé pour assurer la mise en œuvre réussie d'une combustion étendue. Il existe des preuves expérimentales indépendantes pour soutenir que la HBS affecte simultanément les propriétés thermiques et mécaniques du combustible. Mais on ne comprend toujours pas bien comment cette HBS affecte les propriétés thermophysiques ou mécaniques du combustible. Dans ce travail, l'impact de la formation de HBS sur le comportement des gaz de fission des crayons de combustible a été évalué dans des conditions de fonctionnement normales. Le code de performance du combustible FRAPCON-4.0 a été utilisé pour simuler les propriétés liées aux gaz de fission des crayons de combustible pleine longueur avec la formation de HBS via le modèle FRAPFGR et sans structure de rebord via le modèle Massih dans des conditions de fonctionnement normales. On constate que lorsque le taux de combustion s'étend de la limite actuelle de 62 à la nouvelle limite proposée de 75 GWd/MTU, la pression du plénum et la libération de gaz de fission n'ont qu'une augmentation modeste avec des profils d'historique de puissance plats et sans tenir compte des effets de HBS. Cependant, l'augmentation est plus prononcée lorsque les profils d'historique de puissance ont des facteurs de pic plus élevés et lorsque la contribution de la formation de HBS est prise en compte. Il est recommandé de maintenir les profils d'historique de puissance aussi plats que possible, à la fois radialement et axialement, dans les opérations des centrales nucléaires afin de garantir l'intégrité des crayons de combustible de manière à pouvoir profiter des avantages de l'extension du taux de combustion.