Optimisation par simulation du couplage entre un réacteur sous-critique et sa source de spallation : application à un démonstrateur

par Denis Kerdraon

Thèse de doctorat en Energétique physique

Sous la direction de Roger Brissot.

Soutenue en 2001

à Grenoble INPG , dans le cadre de École doctorale mécanique et énergétique (Grenoble) , en partenariat avec Institut des sciences nucléaires (Grenoble) (laboratoire) .


  • Résumé

    Les réacteurs hybrides, bases sur le couplage entre un accélérateur de particules et un coeur sous-critique via une cible de spallation, présentent des possibilités de réduction de la radiotoxicité des déchets de haute activité et a vie longue promis au stockage. Les différents concepts proposes ces dernières années dans la communauté scientifique montrent la nécessite de réaliser un démonstrateur. Ce travail de thèse a porte sur l'optimisation par simulation Monte Carlo a l'aide du code MCNPX, de la neutronique d'un tel système dans le but de réaliser un réacteur pilote. Tout d'abord, nous avons indique les principales caractéristiques neutroniques d'un réacteur hybride avant de présenter le concept de démonstrateur refroidi au gaz base sur le remontage effectue par la société Framatome ANP. Nous avons caractérise puis optimise la neutronique a travers la géométrie et les matériaux utilises pour ce démonstrateur. Dans le cadre de l'incinération des actinides mineurs, nous avons calcule l'évolution des combustibles envisageables suivant les phases de démonstration prévues. Les grandeurs liées a l'incinération des actinides mineurs sont rapportées. En vue de la transmutation du 99Tc et de l'129I, nous avons calcule les temps caractéristiques et les taux de transmutation a l'équilibre. D'autre part, nous avons analyse le passage du démonstrateur vers un réacteur incinérateur de puissance a partir de critères physiques tels que les facteurs de forme et les niveaux de flux. A partir de cette analyse, des solutions innovantes sont proposées pour améliorer les facteurs de forme d'un incinérateur de puissance. Enfin, dans des perspectives a plus long terme, l'utilisation des réacteurs hybrides dans le cadre de la génération d'233U pour accélérer le démarrage d'une filière de réacteurs a sels fondus basée sur le cycle 232Th/233U a été explorée et s'avère particulièrement efficace

  • Titre traduit

    Optimization by simulation of the coupling between a sub-critical reactor and his spallation source : Towards a pilot reactor


  • Résumé

    Accelerator Driven Systems (ADS), based on a proton accelerator and a sub-critical core coupled with a spallation target, offer advantages in order to reduce the nuclear waste radiotoxicity before repository closure. Many studies carried out on the ADS should lead to the definition of an experimental plan which would federate the different works in progress. This thesis deals with the neutronic Monte Carlo simulations with the MCNPX code to optimize such a system in view of a pilot reactor building. First, we have recalled the main neutronic properties of an hybrid reactor. The concept of gas-cooled eXperimental Accelerator Driven System (XADS) chosen for our investigations comes from the preliminary studies done by the Framatome company. In order to transmute minor actinides, we have considered the time evolution of the main fuels which could be reasonably used for the demonstration phases. The neutronic parameters of the reactor, concerning minor actinide transmutation, are reported. Also, we have calculated the characteristic times and the transmutation rates in the case of 99Tc and 129I isotopes. We have identified some neutronic differences between an experimental and a power ADS according to the infinite multiplication coefficient, the shape factor and the level of flux to extend the demonstrator concept. We have proposed geometric solutions to keep the radial shape factor of a power ADS acceptable. In the last part, beyond the experimental XADS scope, we have examined the possible transition towards an uranium/thorium cycle based on Molten Salt Reactors using a power ADS in order to generate the required 233U proportion.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (202 p.)
  • Annexes : 87 ref.

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