Développement d’un schéma de calcul déterministe APOLLO3® à 3 dimensions en transport et en évolution avec description fine des hétérogénéités pour le cœur du réacteur Jules Horowitz

Development of an APOLLO3® transport neutronic deterministic calculation scheme in 3D with depletion with fine description of core heterogeneity for Jules Horowitz reactor

• Auteur / Autrice : Matthieu Lebreton
• Direction : Gérald Rimpault
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation
• Date : Soutenance le 12/10/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEA Cadarache (Bouches-du-Rhône)
• Jury : Président / Présidente : José Busto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Julien Politello, Laurent Chabert, Nuria Garcia Herranz
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pablo Rubiolo, Alain Hébert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs nucléaires -- Coeurs

Monte-Carlo, Méthode de

Théorie du transport

Mots clés libres

Apollo3

Réacteur Jules Horowitz

Neutronique

Équation du transport des neutrons

Autoprotection

Schéma de calcul déterministe

Physique des réacteurs

Neutronic

Reactor physics

Apollo3

Jules Horowitz Reactor

Selfshielding

Deterministic calculation scheme

Neutrons transport equation

Résumé

Le RJH est un réacteur d’irradiation technologique. Ce cœur fortement hétérogène, sans motif simple répétitif est une des limitations de la méthodologie en 2 étapes utilisée pour résoudre l’équation du transport des neutrons.On a développé un nouveau schéma de calcul qui décrit explicitement les hétérogénéités du cœur. Ce schéma de référence conçu avec le code déterministe APOLLO3 est basé sur la méthodologie en 2 étapes améliorée afin de mieux prédire l’environnement des milieux sous-critiques et par la représentation explicite de certaines hétérogénéités à l’étape cœur. Ce schéma a été validé à l’aide de calculs étalon en Monte-Carlo TRIPOLI4 et de quantification des approximations avec des options non-standard comme le MOC-3D.Les travaux sur l’étape réseau ont permis de définir un calcul d’autoprotection précis basé sur la méthode des sous-groupes et tenant compte des spécificités physiques des assemblages. Le calcul est réalisé avec la méthode des caractéristiques 2D pour le flux et les probabilités de collision exactes pour les sections décrites par des tables de probabilité. Le calcul cœur en évolution du RJH s’effectue directement par l’équation du transport du solveur MINARET qui utilise la méthode de Galerkin discontinues. Cette méthode est naturellement adaptée à des géométries non structurées définies par plan et pour lesquelles il n’existe pas de symétrie. Finalement, une modélisation 3D du cœur du RJH préservant des hétérogénéités comme les dispositifs expérimentaux, les plaques combustibles ou autres structures du cœur permet de déterminer aussi précisément que possible les taux de réactions sur une géométrie exacte et ceci au cours de l’évolution.

Jules Horowitz Reactor (JHR) is a material testing reactor. As this JHR core is highly heterogeneous and without simple repetitive pattern, the classical 2 steps modeling using to solve neutrons transport equation reaches its limits.A new neutronic scheme has been set up to explicitly describe core heterogeneity. This reference scheme is designed with the APOLLO3 code. It is based on a two-steps methodology improved in order to better predict the environment of subcritical sub-assemblies and by using explicit representation of some heterogeneities at the core stage. This scheme has been validated using standard Monte-Carlo calculations using TRIPOLI4 code and by quantifying approximations with non-standard options of APOLLO3 such as MOC-3D calculation.A precise self-shielding calculation taking account of physics specificities of fuel sub-assemblies is used at the lattice step. During this step, flux calculation are performed with the method of characteristic MOC-2D while exact collision probabilities are used for cross sections described with probability tables.The depletion core calculation of the JHR is carried out by solving the transport equation with the MINARET solver, which uses the discontinuous GALERKIN finite elements method. This method is naturally suitable for unstructured geometries defined with plans and without symmetry. Finally, a 3D calculation of JHR core can preserve heterogeneities like experimental devices, fuel plates or other core structures. It allows determining as precisely as possible depleted reaction rates on an exact geometry.