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Flawed Reactor Pressure Vessels in Belgian Nuclear Plants Doel-3 and Tihange-2

A report commissioned by the Greens/EFA Group in the European Parliament


Executive Summary

In August 2012 the Belgian Federal Agency for Nuclear Control (FANC) informed the public about the finding of thousands of flaws in the reactor pressure vessel of the nuclear power plant Doel 3.  Similar flaws in the reactor pressure vessel of the nuclear power plant Tihange 2 were revealed in September 2012.

In December 2012, Electrabel - the owner/operator of the nuclear power plants - announced the planned restart of the two plants in January 2013. No detailed information on the background of this decision had been provided.

Also in December 2012, Rebecca Harms, Co-President of the Greens/EFA Group in the European Parliament asked the author to evaluate the available facts on the issue.

Both pressurized water reactor-type nuclear power plants are operated by Electrabel, part of the GDF-Suez Group, since the early 1980ies.

The information given by FANC has revealed that the documentation of the reactor pressure vessel manufacture for both nuclear power plants is not complete.

It was also revealed that the vessel manufacturer RDM—a Dutch company that went bankrupt in the meantime—has obviously not performed any dehydrogenation treatment and this had not been known by the Regulatory Authorities.

Ultrasonic testing of the reactor pressure vessel’s base metal outside the weld region has been performed for the first time in 2012 at Doel-3, that is after 30 years of operation.

The Safety Authorities obviously were never asking for documentation, fabrication methodology (incl. hydrogen control) and ultrasonic testing results.

Electrabel’s statement that the flaws originate from manufacture cannot be followed, since no defects were found during the final tests after manufacture while the flaws found 30 years later have extensions up to 24 mm wide and up to 100 mm deep and exist in remarkable density (ca. 8,000 in the case of Doel-3 and ca. 2,000 at Tihange-2).

The real nature of the flaws is still unknown and can hardly be determined with a high confidence level, since sampling cannot be performed without destruction of the vessel.

The assumed hydrogen flaking process has a considerable incubation time and is continued during operation, hydrogen flakes are considered as very dangerous defects causing unexpected failures.

The influence of radiation effects and low-cycle fatigue on possibly manufacture-induced defects during operation resulting in growth of defects has obviously not been considered by Electrabel.

Electrabel’s argument that each defect was individually justified to be not dangerous for the vessel’s structural integrity is not sufficient since interactions and growth of thousands of defects with sizes up to 24 mm under operational conditions (temperature, pressure, radiation) cannot be excluded.

The absence of similar flaws should be proven in all reactor pressure vessels that have not yet undergone full body inspection or where their documentation leaves doubts about appropriate hydrogen control in the fabrication process. While this aims primarily at vessels of the same manufacturer/steel provider as in the Doel/Tihange cases, similar flaws cannot be excluded in vessels from other manufacturers/providers.

In summary the restart of the two power plants has to be considered as hazardous. A possible failure of the reactor pressure vessels due to sudden crack growth in case of local thermal stresses cannot be excluded and would have catastrophic consequences, especially in the vicinity of densely populated and high-economic activity areas (Antwerp, Liège). The corium (melted reactor core) relocation to the lower plenum entailing steam explosions would sooner or later cause containment failure with the consequence of large scale radioactive releases to the environment.

Défauts dans les cuves sous pression des réacteurs des centrales nucléaires de Doel 3 et Tihange 2

Rapport effectué à la demande du Groupe des Verts/ALE


Résumé exécutif

En août 2012, l’Agence Fédérale de Contrôle Nucléaire (AFCN) rendait publique la découverte de milliers de défauts dans la cuve sous pression du réacteur de la centrale nucléaire de Doel 3.  En septembre 2012, des défauts similaires étaient découverts  dans la cuve sous pression du réacteur de la centrale nucléaire de Tihange 2.

En décembre 2012, le propriétaire/opérateur des centrales nucléaires, Electrabel (Groupe GDF-Suez), annonçait le redémarrage planifié des deux réacteurs en janvier 2013.  Aucune information détaillée justifiant cette décision n’était fournie.

Toujours en décembre 2012, Rebecca Harms, Co-présidente du Groupe des Verts/ALE au Parlement européen demandait à l’auteur de ce rapport d’évaluer les données disponibles concernant cette problématique.

Les deux centrales nucléaires, équipées de réacteurs à eau pressurisée, fonctionnent depuis le début des années 1980.

Les informations publiées par l’AFCN révèlent que les documents relatifs à la fabrication de la cuve sous pression des deux centrales nucléaires sont incomplets.

Autre révélation : le fabricant de la cuve (RDM, une société néerlandais entretemps tombée en faillite) n’a de toute évidence eu recours à aucun traitement de déshydrogénation et ceci n’était jusqu’ici pas connu des autorités de contrôle.

Le contrôle par ultrasons du métal de base de la cuve sous pression du réacteur, en dehors des zones de soudures, n’a été réalisé pour la première fois à Doel 3 et Tihange 2 qu’en 2012, c’est-à-dire après 30 années de fonctionnement. 

Les autorités de contrôle n’avaient de toute évidence jamais exigé toute la documentation, les informations relatives à la méthode de fabrication (en ce compris le contrôle du taux d’hydrogène) et les résultats des contrôles par ultrasons des cuves.

Les déclarations d’Electrabel arguant que les défauts découlent du processus de fabrication ne peuvent être suivies, dans la mesure où aucun défaut n’a été découvert lors des tests finaux post-fabrication, tandis que les défauts découverts 30 ans plus tard ont une taille allant jusqu’à 24 mm de largeur et 10 mm de profondeur, et sont présents en densité remarquable (environ 8.000 à Doel 3 et environ 2.000 à Tihange 2).

La nature réelle des défauts reste inconnue à ce stade et ne peut être déterminée avec un degré élevé de certitude, vu que le recours à l’échantillonnage ne peut se faire sans endommager irrémédiablement la cuve.

Le processus suspecté, à savoir la formation de défauts dus à l’hydrogène, se caractérise par une période d’incubation considérable se poursuivant durant le fonctionnement du réacteur.  Les défauts dus à l’hydrogène sont considérés comme des défauts très dangereux menant à des défaillances inattendues.

L’influence des effets de la radiation et de la fatigue oligocyclique durant le fonctionnement du réacteur sur des défauts potentiellement liés au processus de fabrication, provoquant l’agrandissement des défauts, n’a de toute évidence pas été prise en compte par Electrabel.

L’argument d’Electrabel comme quoi chaque défaut peut être « justifié » de manière individuelle et ne présente pas de danger pour l’intégrité structurelle de la cuve n’est pas suffisant. En effet, des interactions entre des milliers de défauts d’une taille allant jusqu’à 24 mm et l’agrandissement de ceux-ci ne peuvent, en conditions d’exploitation (température, pression, radiation), pas être exclus.

La preuve de l’absence de défauts similaires devrait être apportée pour l’ensemble des cuves sous pression des réacteurs n’ayant pas encore fait l’objet d’inspections exhaustives ou lorsque la documentation laisse planer un doute concernant le contrôle de la présence d’hydrogène au cours du processus de fabrication. Si les cuves dont le fabricant/fournisseur d’acier est le même qu’à Doel 3 et Tihange 2 sont les premières concernées, des défauts similaires ne peuvent être exclus pour les cuves provenant d’autres fabricants/fournisseurs.

En résumé, le redémarrage des deux centrales nucléaires doit être considéré comme dangereux.  Une défaillance possible des cuves sous pression des réacteurs due à un agrandissement soudain de fissures en cas de pressions thermiques locales ne peut être exclue.  Ceci aurait des conséquences catastrophiques, en particulier à proximité de zones à forte densité de population et activité économique (Anvers, Liège).  Le corium (magma constitué des éléments fondus du cœur du réacteur) s’accumulant en fond de cuve, entraînant des explosions de vapeur, provoquerait tôt ou tard une défaillance du confinement, avec pour conséquence des rejets radioactifs dans l’environnement à grande échelle.


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