Recherche de la haute conversion en cycle thorium dans les réacteurs CANDU et REP : Développement des méthodes de simulation associées et étude de scénarios symbiotiques

par Perrine Guillemin

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides, énergétique, procédés

Sous la direction de Roger Brissot et de Alexis Nuttin.

Soutenue en 2009

à Grenoble INPG , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Guy Marleau.

Le jury était composé de Éric Liatard, Sylvain David, Dominique Grenêche.

Les rapporteurs étaient David Lecarpentier, Marc Delpech.

mots clés

• Réacteurs à eau
• CANDU et REP
• Haute conversion
• Simulations
• Code déterministe
• Dragon
• Code Monte Carlo
• Mcnp
• Mure
• Scénarios symbiotiques
• Water-cooled reactors
• CANDU and PWR
• High conversion
• Simulations
• Deterministic methods
• Dragon
• Monte Carlo code
• Mcnp
• Mure
• Symbiotic scenarios
• Réacteurs à eau sous pression
• Réacteurs à eau lourde
• Énergie -- Conversion directe
• Combustibles nucléaires
• Thorium

Résumé

Ce travail explore la compétitivité des réacteurs actuels (CANDU et REP) en cycle thorium afin de pallier au problème d'utilisation des ressources naturelles en uranium et aux problèmes de disponibilité et de coût des réacteurs de quatrième génération dans le cadre d'un nucléaire durable. Ce travail s'est focalisé sur l'analyse neutronique de deux types de gestion du combustible thorium : la production d'233U à partir de combustible Th/Pu et la conversion d'233U dans ces réacteurs. En particulier, la régénération en CANDU Th/U multirecyclé a été établie. En amont de ces études, les outils et les données utilisés ont fait l'objet d'une validation par une comparaison entre codes (stochastique et déterministe). Des scénarios symbiotiques, combinant réacteurs et combustibles uranium et thorium, ont été évalués et comparés. Ce travail a abouti à la quantification des gains sur la consommation des ressources, avec des modifications technologiques mineures des réacteurs. Des modifications plus poussées pour obtenir la régénération en REP ont été proposées et étudiées à titre préliminaire

Titre traduit

Feasible ways to achieve high conversion in water-cooled and Thorium-fueled CANDU and PWR reactors. Dedicated numerical improvement and application to symbiotic scenarios

Résumé

In the frame of a sustainable nuclear energy, this study assesses Thorium-fueled CANDU and PWR competitiveness to reduce access difficulties to cheap uranium resources and Gen. IV cost and availability problems. It focuses on neutronic analysis of two thorium fuel management options : 233U production from Th/Pu fuels and 233U conversion in these reactors. In particular, breeding in multirecycled Th/U CANDU has been established. Before this work, simulation methods and nuclear data have been validated by cross-checking two different types of codes (probabilistic and deterministic). Symbiotic scenarios, with various reactor and fuel combinations have been evaluated and compared. Resources savings have been quantified through core slight modifications. Deeper modifications towards breeding in PWR have been proposed and preliminarily studied