Thermo-aeraulic numerical simulation of an incineration reactor
An incineration and vitrification process devoted to the treatment of apha contaminated organic/metallic wastes originating from MOX production facilities is currently under development at the LPTI laboratory (Laboratoire des Procédés Thermiques Innovants) from the CEA of Marcoule. The development program relies on full scale mock-up investigation tests as well as 3D numerical simulation studies.
The thermo-aeraulic model of the incinerator reactor, developed with the Ansys-Fluent commercial software, is composed of several elementary bricks (plasma, pyrolysis, combustion, particle transportation).
The proposed work consists in improving the model, in particular as regards the pyrolysis and combustion components : chemical reactions, unsteady process… The degree of representativeness of the model will be assessed on the basis of a comparative study using experimental data coming from experiments carried out on the prototype reactor. Besides this development work, various parametric studies will be performed in order to evaluate the impact of various reactor design modifications.
So as to investigate the radiologic behaviour of the reactor during incineration of alpha contaminated wastes, a particle transport model (DPM) associated to a parietal interaction model will be implemented. The simulation results will be compared to experimental data obtained from the analysis of deposits collected on reactor walls (experimental tests are performed with actinides inactive surrogates).
Modeling of the spent fuel alteration mechanisms in a water-saturated environment with temperature effect
Modeling the alteration of spent nuclear fuel in the eventuality of an underwater interim storage in pools or a deep geologic disposal is essential for long-term prediction. In the event of a failed spent fuel assembly, corrosion processes can lead to a deterioration of the failed rod and to a radionuclide release into water. A geochemical model coupling chemistry to transport (reactive transport) was the subject of first developments in connection with deep geological disposal conditions using the CHESS-HYTEC code developed by the Ecole des Mines de Paris. This model makes it possible to take into account the main alteration mechanisms and associated kinetics while relying on robust thermodynamic data. It remains important to pursue these developments by studying the effect of temperature between 20 and 70 °C. Adapting this model to other alteration conditions like an underwater of spent fuel in dedicated pools for several decades is also a short-term objective.
Etudes sur la physique des gaz et des interactions matière/laser pour la démonstration à l’échelle laboratoire de l’épuration isotopique du palladium (naturel).
Le palladium est un métal rare dont la demande mondiale est en forte augmentation. Or, il est présent en tant que produit de fission dans les combustibles nucléaires usés qui sont retraités en France. Il serait donc intéressant de recycler ce métal. Pour cela, il est nécessaire de procéder à une épuration isotopique, afin de supprimer un des isotopes du palladium, le 107, qui est un radionucléide artificiel à vie longue émetteur béta. Dans le cadre d'un nouveau projet sur 4 ans construit en réponse à l'appel d'offre du Plan d'Investissement et d'Avenir de l’État, le Service d’Etude des Procédés d’Enrichissement propose un contrat post-doctoral ayant pour objectif la compréhension des interactions gaz/laser dans le procédé de séparation isotopique du palladium par Lasers actuellement en cours de développement. L’objectif principal du projet est la démonstration finale de la faisabilité de séparation de palladium naturel (et non radioactif) pour la phase suivante de développement d’un premier pilote.
Le post-doctorant devra en particulier assurer l’étude du mode de production de la vapeur atomique près du point de fusion du métal pur, des mesures de spectroscopie par laser dans l’UV afin d’affiner les séquences sélectives de photoionisation des isotopes désirés. Pour ce faire, il participera à la définition, au montage et au développement de l'évaporateur, et au couplage des lasers du procédé avec l’enceinte à vide. Des échanges seront mis en place sur ce sujet spécifique avec des spécialistes reconnus au sein de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. Les mesures de diagnostics des lasers mais aussi les mesures provenant des interactions gaz/laser sont à développer. La programmation (en Python et/ou sous Labview) de ces outils est un point essentiel du poste proposé. Une attention particulière sera portée sur les publications à réaliser essentiellement dans le cadre des interactions gaz/laser (photoionisation sélective des atomes d’intérêt et extraction).
DEM’N’MELT Process : Optimisation of operating conditions by modelling
Within the framework of the PROVIDENCE project (Plan Relance, France), the DEM'N'MELT process was developed with the aim of marketing a solution for the treatment and conditioning of high and medium level waste to sites operators undergoing dismantling or remediation, in France and abroad. In this context, studies have been undertaken to optimise the operating conditions of the process.
The candidate will have to take in charge the software used in our Laboratory (Fluent, Workbench, SpaceClaim, Meshing), to appropriate the existing models. These models will have to evolve to :
o take into account additional measurements to calibrate the model
o study the sensitivity of the system to the physical properties of the glass
o optimise furnace operation and manage the feed capacity according to the filling level
o add agitation to the glass bath.
The candidate will be able to rely on the skills of the LDPV Laboratory, both experimentally and in modelling.