Obtention théorique et expérimentale des lois de diffusion thermique de l’eau légère

par Vaibhav Jaiswal

Thèse de doctorat en Constituants élémentaires et physique théorique

Sous la direction de Valérie Vallet, Luiz Leal et de Florent Réal.


  • Résumé

    Une bonne connaissance des sections efficaces de l'eau légère est importante, car l'eau est le modérateur le plus employé dans les réacteurs à eau pressurisée (REP), qui fonctionnent à des températures et des pressions avoisinant 550 K et 150 bar. Les sections efficaces neutroniques dans le domaine d'énergie thermique dépendent de la structure et de la dynamique du matériau diffusant, décrites par des lois de diffusion thermiques (TSL). Les évaluations des TSL existantes n’ont pas été validées aux hautes températures et pressions, et doivent être revues. Pour produire de nouvelles TSL, des mesures de la diffusion inélastique des neutrons sur l'eau ont été effectuées à l'Institut Laue-Langevin (ILL), à l'aide de deux spectromètres IN4c et IN6. Afin de compléter ces mesures, des simulations de dynamique moléculaire (MD) ont été réalisées en s'appuyant sur deux modèles classiques d'interaction moléculaire, le modèle non polarisable TIP4P/2005f et le modèle polarisable TCPE. Les spectres de fréquence à différentes pressions et températures obtenus grâce aux mesures de temps de vol et aux simulations MD ont été exploités pour développer de nouvelles TSL. Les performances de ces nouvelles bibliothèques ont été testées sur une série de mesures de sections efficaces différentielles, double-différentielles et totales disponibles dans la littérature. Des benchmarks critiques (ICSBEP benchmarks) ont également été utilisés. Les résultats de ces études permettent une meilleure compréhension de l'impact de la température et de la pression sur les TSL dans les applications liées à l'exploitation des REP.

  • Titre traduit

    Theoretical and experimental approach towards generation of thermal scattering law for light water


  • Résumé

    Precise knowledge of light water thermal scattering cross section is important as it is the most widely used moderator in pressurized water reactors (PWRs) which operate at temperature around 550 K and pressure around 150 bar. In the thermal neutron energy region, the cross sections are governed by the structure and dynamics of the scattering material described by thermal scattering law (TSL). There is a need for reviewing the existing TSL evaluations and consequently performing new experiments, to develop new TSL evaluations valid for a large range of temperature and pressure conditions. To generate new TSL for light water, inelastic neutron scattering measurements were carried out at two time-of-flight (TOF) spectrometers, namely the IN4c and IN6, at the Institut Laue-Langevin (ILL), Grenoble, France. A corresponding set of molecular dynamics (MD) simulations were performed to complement the experimental data using two classical interaction models for water namely, a flexible non-polarizable TIP4P/2005f and a rigid polarizable TCPE model. Frequency spectra obtained from both TOF experiment and MD simulations at different temperatures and pressures have been analyzed and new TSL evaluations have been developed. The performance of the newly developed TSL evaluations were tested on a series of differential, double differential and total cross section measurements available in the literature. For further verification and validation of the new TSL data, critical benchmarks available in the ICSBEP Handbook, sensitive to TSL have been used. The outcome of this study leads to a better interpretation of the impact of temperature and pressure on TSL in PWR applications.



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