Etude réalisée à EDF sur les scénarios avec ADS - gedepeon

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Etude réalisée à EDF sur les scénarios avec ADS - gedepeon

Étude de l’option ADS pour la

gestion des AM dans le cadre

des scénarios prospectifs EDF

S. Massara, C. Garzenne, Ph. Tetart

EDF R&D


Plan

• Introduction et contexte

• Image d’ADS et sa modélisation

dans TIRELIRE - STRATEGIE

• Hypothèses et résultats

• Comparaison avec scénarios alternatifs de

gestion des AM

• Conclusions

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Massara, Garzenne, Tetart

GDR GEDEPEON, 6-7 décembre 2005, Paris


Introduction et contexte

• Evaluation des stratégies de transmutation des AM

dans le cadre des scénarios de remplacement du

parc REP actuel par un parc 100% RNR

• Intérêt des ADS : gestion des AM dans la 2 ème strate

• Utilisation du code EDF de simulation du cycle du

combustible : TIRELIRE – STRATEGIE :

REP : codes simplifiés (à partir d’APOLLO2)

GFR : modèles analytiques (à partir d’ERANOS)

ADS : couplage direct avec ERANOS

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Parc REP – RNR – ADS avant 2095

U

U

Pu

1 ère strate

REP

Pu

RNR

Np + Am + Cm

Pu

2 ème strate

Pu

ADS

Pu + AM

Multirecyclage de (Pu+AM) en ADS et du Pu en RNR

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Parc RNR – ADS après 2095

U

Pu

1 ère strate

RNR

Np + Am + Cm

2 ème strate

ADS

Pu

Pu + AM

Multirecyclage de (Pu+AM) en ADS et du Pu en RNR

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Image d’ADS (concept CEA 2005)

Puissance

400 MWth (160 MWe)

k-effectif DC ~ 0.97

Puissance faisceau

600 MeV

Caloporteur

He

Combustible

(Pu, AM)O 2 sur matrice MgO

Gaine

Acier

Longueur de cycle (jepn) 1460 (= 4 x 365)

Burn-up moyen 6.1 at. %

Pvol moy / max (W/cm 3 ) 44 / 94

Appoint ext. à l'équil. (kg/TWh th) AM = 45 / Pu = 0

Pu / (Pu + AM) (% masse) 40

AM / (Pu + AM) (% masse) 60

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Modélisation de l’ADS dans

TIRELIRE - STRATEGIE

• CALCUL D’EQUIVALENCE : teneur en Pu et AM

assurant le respect de la durée de cycle

Mod. analytique avec poids en 239 Pu équiv.

pré-calculés avec ERANOS :

Simulation retraitement et fabrication :

vecteur isotopique AM rentré par l’utilisat.

Respect local hyp. 1 er ordre avec 3 jeux de poids

ρ FC = -3400 ± 100 pcm

• CALCUL D’EVOLUTION : irradiation du

combustible en réacteur sur chaque cycle

ERANOS : ECCO 172 gr. + Cœur : S4 33 gr.

Chaîne d’évol. des NL de 234 U au 248 Cm

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Scénario de transition vers un parc

100% GFR

1 ère strate : 60 GWe – 400 TWhe/an après 2005

Cinétique : 2 GWe/an

2020 - 2035

2020

Séparation

poussée

30 GWe REP EPR

(2025 arrêt MOX)

2035 - 2050

30 GWe REP GFR

2080 - 2095

30 GWe EPR GFR

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2 ème strate : déploiement ADS à partir de 2040

Cinétique : selon disponibilité TRU

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Hypothèses du scénario

• Hypothèses CPDP :

Temps refroidiss. + vieilliss. : 5 + 2 ans

Retraitement max (t/an) : 850 UOX, 150 MOX

• Concept GFR CEA 2005 à plaques :

GRG : 0.03 (Pu seul) sans couvertures

Temps refroidiss. + vieilliss. : 1 + 2 ans (= ADS)

• Séparation poussée en 2020 avec récup. Ac 99.9%

• 1 ère strate : parc 60 GWe / 400 TWhe/an

• 2 ème strate : de 2040 selon disponibilité TRU

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Résultats

• Cinétique de déploiement des ADS

• Evolution réactivité sur le cycle

• Evolution combustible chargé

• Evolution des stocks de TRU et inventaires

totaux sur le parc

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Cinétique de déploiement des ADS

11 ADS équilibrent

la production d’AM

d’un parc GFR :

• 7 en 2040

• 1 en 2047

• 2 en 2052

• 1 en 2057

… plus 1 ADS entre

2107 et 2200

Parc après 2200 : 60 GWe GFR + 1.76 GWe ADS

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Evolution réactivité ADS sur le cycle

Discontinuités

en 2086 et 2125

Changement jeux

poids pour calcul

teneur Pu et AM

Equivalence ρ FC

-3400 ± 100 pcm

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Couplage ERANOS : calcul de référence

+ validation de la modélisation des ADS

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Stocks TRU sur étagère après fabrication

11 ADS 12 ème ADS

MES

MHS

Stock de Pu ~ 0

en 2093

MES 60 GW GFR

Pas de MES du

12 ème ADS avant

~ 2100

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12 ème ADS Stock AM ~ 0 en 2200

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Evolution combustible chargé ADS

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Pu

Pu

• 2080 : (Pu

fissile )

Am

• 2200 : (Cm )

Cm

(multirecyclage)

Np

Np

( parc RNR)

Cm

Am

• 2080: (Pu )

• Transition parc REP RNR

• 2200: ( RNR)

• Multirecyclage (Pu+AM) en ADS

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Evol. isotopique combustible ADS

0.35

Fract. isot. norm. 1

0.3

0.25

0.2

Np237

0.15

0.1

0.05

0

Am241

Pu239

Pu240

Am243

Pu238

Pu242

Pu241

Cm244

2040 2060 2080 2100 2120 2140 2160 2180 2200

Année

Cm245

Pu238

Pu239

Pu240

Pu241

Pu242

Am241

Am243

Cm244

Cm245

Np237

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Evol. isotopique combustible ADS

ADS en 2045 dans parc 68% REP UOX + 32% MOX-Ue

0.30

Am241

Fract. isotopique norm. 1

0.25

0.20

0.15

0.10

0.05

0.00

Np237

Pu240

Am243

Pu242

Cm245

Pu239

Pu238

2035 2045 2055 2065 2075 2085 2095

Années

Pu241

Cm244

Pu238

Pu239

Pu240

Pu241

Pu242

Am241

Am243

Cm244

Cm245

Np237

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Inventaires en TRU sur le parc

Inventaire en t

2100 2200

Pu 823 1036

AM 124 114

Pu + AM 947 1150

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Inventaires en AM sur le parc

Equilibre

« presque » atteint

Inventaire en t

2100 2200

Np 23 11

Am 86 86

Cm 15 17

Tot AM 124 114

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• Accumulation en Am (parc REP

• Longue mise à l’équilibre du Cm

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RNR)


Comparaison stratégies gestion AM

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TRU aux déchets en 2019 (tonnes)

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Pu AM Tot TRU

1 32 33

Composition en AM (TRU) en 2200 en tonnes

pour un parc de 61.76 GWe

ADS + GFR Pu

(GRG ~ 0.03)

GFR (Pu+AM)

(GRG ~ 0.07)

GFR Pu

(GRG ~ 0.03)

ADS : performance proche des GFR (Pu+AM)

mais l’inventaire d’AM en cycle est double

• Multirec. Pu (Pu+AM) : réduction TRU 6 50

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Cycle Ouvert

Inv. Cycle 114 (1150) 57 (1253) 23 (1033) 9 (102)

Déchets 34 (54) 33 (51) 398 (416) 573 (2677)

Reduction 17 (50) 17 (52) 1.4 (6.4) 1 (1)


Conclusion

• Résultats d’une approche scénario : cinétique de

déploiement et situer l’équilibre dans le temps

• Equilibre après 150 ans : 11 ADS avec inventaire

en AM supérieur à 100 tonnes en 2200

• Performance proche de celle du multirecyclage

en GFR : seulement 3% du parc avec AM mais

l’inventaire en cycle est double

• R&D pour augmenter la puissance unitaire et

réduire le nombre de réacteurs à quelques unités

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