Analyses de sensibilité et d'incertitude de données nucléaires : contribution à la validation d'une méthodologie utilisant la théorie des perturbations : application à un concept innovant : réacteur à sels fondus thorium à spectre épithermique

Nuclear data sensitivity and uncertainty analysis : contribution to the validation of a methodology based on perturbation theory : application to an innovative concept : thorium molten salt reactor with an epithermal spectrum

• Auteur / Autrice : Adrien Bidaud
• Direction : Victor Mastrangelo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Analyses d'incertitudes

Réacteurs innovants

Réacteur à sels fondus

Résumé

La simulation neutronique des réacteurs nucléaires suppose la connaissance de l'interaction neutron noyau (sections efficaces, nombres et spectres des neutrons de fission. . . ) pour les quelques dizaines de noyaux présents dans le réacteur sur une douzaine d'ordres de grandeur d'énergie des neutrons. Le développement d'un nucléaire durable impose de nouvelles contraintes aux réacteurs du futur : l'optimisation de l'utilisation de la matière première nécessite la régénération des noyaux fissiles et la gestion des déchets suppose leur transmutation. Les réacteurs proposés permettant d'atteindre ces objectifs (génération IV ou ADS) sont chargés de combustibles nouveaux (thorium, actinides lourds. . . Et fonctionnent avec des spectres neutroniques pour lesquels les données nucléaires ne bénéficient pas des 50 années de l'expérience industrielle. Après leur validation sur un réacteur expérimental dans le cadre d'un exercice international, nous appliquons des outils classiques de physique de réacteurs en combinaison avec les incertitudes sur les données de bases disponibles pour calculer l'incertitude sur la criticité et le coefficient de température d'un réacteur a sel fondu au thorium. De plus, une réflexion sur les taux de réactions importants pour le cycle a l'équilibre donne une estimation de l'efficacité des différentes stratégies de retraitement en ligne du combustible et les contributions de ces taux de réactions à l'incertitude sur la régénération et donc l'impact de ces incertitudes sur le dimensionnement de l'usine de retraitement. Nous pouvons alors lister les données à améliore prioritairement pour améliorer la précision des calculs.

Neutronic simulation of nuclear reactors is based on knowledge of the neutron-nucleus interaction (cross-sections, fission neutron yields and spectra) for the dozens of nucle present in the core over a very large energy range (fractions of meV to several MeV). To obtain the goal of the sustainable development of nuclear power, future reactors must have new and more strict constraints to their design: optimization of ore materials will necessitate breeding (generation of fissile material from fertile), and waste management will require transmutation. Innovative reactors that could achieve such objectives (Generation IV or ADS) are loaded with new fuels (thorium, heavy actinides) and function with neutron spectra for which nuclear data do not benefit from 50 years of industrial experience, and thus present particular challenges. After validation on an experimental reactor in the framework of an international benchmark, we take classical physic reactor tools along with available nuclear data uncertainties to calculate the sensitivities and uncertainties of the criticality and temperature coefficient of a Thorium Molten Salt Reactor. In addition, a study based on the important reaction rates for the calculation of cycle's equilibrium allows us to estimate the efficiency of different reprocessing strategies and the contribution of these reaction rates on the uncertainty on the breeding and then on the uncertainty of the size of the reprocessing plant. Finally, we use this work to propose an improvement of the high priority request list.