Centrale concernée / titre

Centrale nucléaire de Leibstadt : constatations faites sur assemblages combustibles – oxydation accrue de gaines de crayons combustibles

Date / heure

12 août 2016

Exposé des faits

Après analyse approfondie des causes, la centrale nucléaire de Leibstadt a constaté en 2015 que la perte d’intégrité d’un crayon de combustible en 2014 était due à l’oxydation accrue causé parun phénomène d’assèchement (dryout). L’assemblage combustible concerné effectuait son premier cycle dans le réacteur. Lors de la révision annuelle 2015, cette même oxydation accrue a été à nouveau décelée sur certaines gaines de crayons de quelques assemblages combustibles venant d’achever leur premier cycle, mais sans que l’anomalie entraîne de pertes d’intégrité des gaines. Pour éviter le phénomène d’assèchement (dryout) sur des assemblages combustibles plus fortement sollicités lors du cycle suivant, la distribution de puissance dans le cœur a été lissée et la  valeur limite du CPR (critical power ratio) augmenté. Lors de la révision annuelle 2016, il a été procédé à une inspection visuelle ciblée d’assemblages combustibles ayant effectué leur premier cycle dans le réacteur. Ce faisant, il a été constaté en août 2016 un plus grand nombre de crayons combustibles présentant une oxydation accrue. La centrale de Leibstadt a donc étendu ses inspections et analysé plus de 200 assemblages combustibles produits par des fabricants divers et ayant effectué différents nombres de cycles dans le réacteur. Les mesures d’épaisseur de couches d’oxyde effectuées en complément ont relevé des valeurs pouvant atteindre 260 microns.

Les assemblages combustibles affectés par ces anomalies présentent différentes caractéristiques communes:

• type d’assemblage combustible et fabricant;
• apparition de l’anomalie au cours du premier cycle dans le réacteur;
• l’oxydation accrue est constatée dans la partie supérieure des crayons, en dessous de la grille d’espacement supérieure ou de la deuxième grille d’espacement à partir du haut;
• l’anomalie est constatée sur les crayons combustibles proches des coins de l’assemblage combustible;
• dans la partie inférieure des assemblages combustibles, des crayons courts (part length rods) se trouvent à ces coins
• les zones présentant une oxydation accrue mesurent jusqu’à 260 mm.
• seule une faible partie du perimètre des crayons est concernée.
• position de la zone d’oxydation accrue sur le perimètre des crayons combustibles.

Causes

La cause directe de l’apparition de cette oxydation excessive est l’atteinte de l’état d’ébullition critique à la surface de la gaine. Dans cet état, la surface de la gaine n’est plus mouillée par un film de caloporteur (dryout), ce qui entraîne localement une forte augmentation de la température de surface. Cette température de surface élevée provoque une oxydation accrue desmatériaux  dont la gaine est constituée.

La recherche précise de la cause de ces «dryouts» n’est pas encore achevée. Les facteurs d’influence possibles sont:

• les caractéristiques de conception des assemblages combustibles;
• le taux d’enrichissement des pastilles de combustible présentes dans les différents crayons;
• la position des assemblages combustibles concernés dans le réacteur;
• le chargement des assemblages combustibles dans le cœur du réacteur et le calcul de la marge par rapport à l’état d’ébullition critique;
• la distribution de puissance et les conditions thermohydrauliques au cours du cycle d’exploitation.

Appréciation (selon la directive IFSN-B03)

INES: niveau 1

Mesures de l’exploitant

Les crayons combustibles présentant localement une oxydation ne permettant plus leur réemploi selon les spécifications du fabricant d’assemblages combustibles ont été remplacés. Ce remplacement a été effectué pour répondre aux conditions de réemploi éventuel des assemblages combustibles concernés. Les crayons de remplacement sont réalisés en zirconium, alliage de base également utilisé pour la gaine. Ils ne contiennent en revanche pas de matière fissile.

La centrale de Leibstadt a analysé et évalué les résultats de l’inspection avec le fabricant des assemblages combustibles afin de définir des conditions de chargement du cœur et d’exploitation sûres pour le prochain cycle de fonctionnement.

La centrale de Leibstadt a reconfiguré le cœur de réacteur en conséquence. La demande de permis d’exécution pour le nouveau chargement du cœur prévu a été transmise à l’IFSN.

La centrale de Leibstadt poursuit les investigations de recherche de la cause de l’anomalie avec divers organismes extérieurs.

Mesures de l’IFSN

L’IFSN a exigé de la centrale nucléaire de Leibstadt que le cœur du réacteur et son exploitation soient configurés pour exclure les états d’ébullition critiques en exploitation normale (niveau de sécurité 1), lors d’incidents d’exploitation (niveau de sécurité 2) ainsi que lors de défaillance de dimensionnement (niveau de sécurité 3) relevant des catégories de défaillance 1 et 2 selon l’ordonnance du DETEC (RS 732.112.2).

L’IFSN demande à la centrale nucléaire de Leibstadt un rapport sur l’aptitude à la gestion comme déchets radioactifs des crayons combustibles (voire des assemblages combustibles qui en contiennent), dont les épaisseurs de couches d’oxyde sont supérieures à celles spécifiées pour le taux de combustion maximal. Il faut notamment démontrer leur aptitude au transport, au stockage intermédiaire et au stockage final, de même que la quantité des crayons ou assemblages combustibles concernés. L’IFSN demande à la centrale nucléaire de Leibstadt d’effectuer une analyse approfondie qui tient compte des aspects humains et organisationnels et  de lui en communiquer les résultats.

L’IFSN se réserve la possibilité d’émettre d’autres demandes en fonction de découvertes futures possibles liées à l’évènement.

Evaluation de l’IFSN

Les anomalies constatées sur les assemblages combustibles n’ont pas entraîné la libération de matières radioactives dans le circuit de refroidissement et aucune valeur radiologique limite n’a donc été dépassée. Aucun des systèmes de sécurité n’a été sollicité. La rupture d’une gaine en cours d’exploitation aurait été immédiatement détectée par la surveillance radiologie permanente mise en place dans la centrale. L’exploitation de la centrale n’a pas été affectée par l’anomalie. L’importance de l’évènement pour la sécurité est toutefois globalement classée substantiel pour l’exploitation d’une centrale nucléaire dans la mesure où il s’est produit sur certains crayons combustibles un dépassement du flux thermique transmis en ébullition en exploitation normale. L’anomalie a entraîné une faible réduction de la sécurité nucléaire.

Il n’est pas encore possible de procéder à ce stade à une évaluation des aspects humains et organisationnels qui ont pu conduire à cet évènement ou tout au moins qui ont pu le favoriser.

Critère pour la publication sur la page Internet de l‘IFSN

– Classement de niveau 1 ou supérieur selon manuel INES

L’IFSN informe le public dans son rapport de surveillance annuel sur tous les évènements soumis au devoir de notification dans le domaine de la sécurité nucléaire. L’IFSN informe régulièrement sur son site Internet lors d’évènements qui remplissent un des critères suivants :

• Niveau 1 de l’échelle d’appréciation INES ou niveau plus élevé
• Déclenchement de systèmes de sécurité
• Evènement conduisant à une probabilité d’endommagement du cœur supérieure à une fois sur 100 millions
• Incorporation de substances radioactives avec une dose consécutive de plus d’un mSv

Actualisation: 19 décembre 2016