Qualification du calcul de l'échauffement photonique dans les réacteurs nucléaires

par Simon Ravaux

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides, procédés, énergétique

Sous la direction de Alain Santamarina.

Soutenue le 25-03-2013

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Groupement énergétique de Cadarache (laboratoire) .

Le président du jury était Elsa Merle-Lucotte.

Le jury était composé de Alain Santamarina, David Bernard, Laurence Villatte, David Lecarpentier.

Les rapporteurs étaient Cheikh Diop, Paul Reuss.


  • Résumé

    Ce travail de thèse répond à un besoin de qualification des outils permettant de calculer les échauffements photoniques dans les réacteurs nucléaires. En effet, la problématique des échauffements g dans les matériaux de structure a pris de l’importance ces dernières années, notamment pour la sûreté des réacteurs de 3ème génération dans lesquels un réflecteur lourd en acier est introduit.Les photons présents dans le coeur sont tous directement ou indirectement issus des interactions des neutrons avec la matière. Ils sont créés au moment de l’interaction ou en différé par l’intermédiaire de noyaux créés au moment de l’interaction. Par conséquent, le premier axe de travail a été d’effectuer une analyse critique des données de production photonique dans les bibliothèques de données nucléaires standards. La découverte d’omissions dans la bibliothèque JEFF-3.1.1 nous a amené à proposer une méthode de production de nouvelles évaluations contenant de nouveaux spectres d’émission de photong. Ces nouvelles évaluations ont ensuite été proposées et en partie acceptées pour la nouvelle version de la bibliothèque JEFF.Il existe deux codes de transport de particules développés au CEA : TRIPOLI4 etAPOLLO2. Le deuxième axe de travail a été de qualifier ces deux codes. Pour cela, nous avons interprété les mesures d’échauffement g effectuées dans le cadre du programme expérimental PERLE. Des détecteurs thermoluminescents (TLD) ont été introduits dans un réflecteur lourd en acier entourant un réseau de crayons combustibles. Nous avons dû proposer un schéma de calcul spécifique aux deux codes afin de calculer la réponse des TLD.Les comparaisons calcul-mesure ont montré que TRIPOLI4 permettait decorrectement estimer l’échauffement dans le réflecteur relativement à l’échauffement dans lazone fissile. En effet, les écarts calcul-mesure sont inférieurs à l’incertitude expérimentale à1s. Pour le calcul APOLLO2, nous avons tout d’abord commencé par une phase de validation par rapport à TRIPOLI4 afin d’estimer les biais liés aux approximations imposées par le traitement déterministe du transport des particules. Après cette phase de validation,nous avons pu montrer qu’APOLLO2, comme TRIPOLI4, permettait d’estimer correctement l’échauffement dans le réflecteur avec des écarts calcul-mesure comparables à l’incertitude expérimentale.

  • Titre traduit

    Gamma heating qualification in nuclear reactors


  • Résumé

    During the last few years, the g-heating issue has gained in stature, mainly for thesafety of the 3rd-generation reactors in which a stainless steel reflector is inserted. Thepurpose of this work is the qualification of the needed tools for calculation of the g-heating inthe nuclear reactors.In a nuclear reactor, all the photons are directly or indirectly produced by the neutronmatterinteractions. Thus, the first phase of this work is a critical analysis of the photonproduction data in the standard nuclear data library. New evaluations have been proposed tothe next version of the JEFF library after that some omissions have been found. They havepartly been accepted for JEFF-3.2.Two particle-transport codes are currently developed in the CEA: the deterministiccode APOLLO2 and the Monte Carlo code TRIPOLI4. The second part of this work is thequalification of both these codes by interpreting an integral experiment called PERLE. Theexperimental set-up is made by a LWR pin assembly surrounded by a stainless steelreflector in which the g heating is measured by Thermo-luminescent Detector (TLD). Acalculation scheme has been proposed for both APOLLO2 and TRIPOLI4 in order tocalculate the TLD’s responses.Comparisons between calculations and measurements have shown that TRIPOLI4gives a satisfactory estimation of the g heating in the reflector. These discrepancies arewithin the experimental 1s uncertainty. Before the qualification, APOLLO2 has beenpreviously validated against TRIPOLI4 reference calculation. This validation gives anestimation of the bias due to the deterministic approximations of the transport equationresolution. The qualification has shown that the discrepancies between APOLLO2predictions and TLD’s measurements are in the same range as experimental uncertainties.


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