Collège militaire royal du Canada

Énergie et science nucléaire

Analyse de réacteurs CANDU avancés par gestion optimale du combustible à l'approche de l'équilibre de rechargement

par : Dr. Hugues W. Bonin et Capc(M) C.P. Tingle

L'analyse de combustibles CANDU alternatifs se fait de concert avec le combustible standard basé sur l'uranium naturel à partir de la perspective de la gestion optimale du combustible en-pile à l'approche de l'équilibre de rechargement. Les combustibles alternatifs considérés dans la présente recherche incluent les oxydes mixtes (MOX) à base de thorium, les MOX à base de plutonium, et le combustible usé provenant de réacteurs à eau légère pressurisée recyclé dans des réacteurs CANDU, ou "DUPIC" (Direct Use of spent PWR fuel in CANDU). Ces combustibles avancés sont comparés au combustible à l'UO₂ naturel. Cette étude se concentre sur la période de l' "approche à l'équilibre de rechargement" qui suit immédiatement la mise en service du réacteur. Le problème de la gestion en-pile du combustible pour cette période est traité comme un problème d'optimisation dont la fonction objective est la fréquence de rechargement qui doit être minimisée par l'ajustement de la valeur des variables de décision suivantes: le choix du prochain canal à recharger, le moment du rechargement et le nombre de grappes de combustible neuf à insérer dans le canal. Plusieurs contraintes sont explicitement incluses dans le problème d'optimisation qui est résolu en se servant de la Théorie des Perturbations.

On se sert du désign de deux modèles de grappes de combustible pour cette étude: la grappe standard à 37 crayons et la nouvelle grappe CANFLEX à 43 crayons. Les résultats comprennent le temps nécessaire pour atteindre l'équilibre de rechargement à partir du démarrage initial du réacteur, le "burn-up" moyen de décharge, la fréquence moyenne de rechargement, et la puissance moyenne de grappe et de canal par rapport au combustible à l'uranium naturel. Le modèle du réacteur fut testé initialement et le "burn-up" moyen de décharge pour l'UO₂ naturel obtenu fut en deçà de 2% de la valeur de 199 MWh/kg (éléments lourds) généralement acceptée dans l'industrie. Pour ce type de combustible, l'exercice d'optimisation a prédit l'économie de 43 grappes de combustible par année à pleine puissance. En plus de produire les "burn-ups" moyens de décharge et autres paramètres pour les combustibles avancés étudiés, le modèle d'optimisation a aussi mis en evidence certains problèmes comme de grandes densités de puissance pour des combustibles comme le "DUPIC". La Théorie des Perturbations s'est avérée un outil d'optimisation précis et précieux pour la prédiction du laps de temps entre les opérations successives de rechargement du combustible.

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Vue schématisée du réacteur CANDU de 600 MWe montrant les canaux qui ont été rechargés deux fois (en rouge), une fois (en bleu), et pas encore (en blanc), au cycle #232.

EXEMPLES DE PUBLICATIONS:

C.P. Tingle & H.W. Bonin, « Optimal Fuel Management of CANDU Reactors at Approach to Refuelling Equilibrium », Compte-rendus de la 19^ième Conférence annuelle de la Société Nucléaire Canadienne, Toronto, Ontario, 18-21 oct. 1998, Vol. 2, Session 3C.
C.P. Tingle & H.W. Bonin, « Advanced CANDU Reactors Fuel Analysis Through Optimal Fuel Management at Approach to Refuelling Equilibrium », Compte-rendus de la 6^ième Conférence internationale sur le Combustible CANDU, Niagara Falls, Ontario, Canada, Session 2B, 26-29 sept. 1999.
C.P. Tingle, « Optimal Fuel Management of CANDU Nuclear Reactors at Approach of Refueling Equilibrium », thèse de maîtrise, Collège militaire royal du Canada, Kingston, Ontario, avril 1998.