Détermination, maîtrise et réduction des biais et incertitudes de la réactivité du réacteur Jules HOROWITZ

Determination, control and reduction of biais and uncertainties on reactivity of the Jules Horowitz Reactor

• Auteur / Autrice : Olivier Leray
• Direction : Alain Santamarina
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique, génie mécanique
• Date : Soutenance le 25/09/2012
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : CEA Cadarache
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupement énergétique de Cadarache
• Jury : Président / Présidente : Elsa Merle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Santamarina, Jean-Pascal Hudelot, Philippe Dessagne, Franco Michel-Sendis, Jean-Pierre Chauvin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cheikh Diop, Paul Reuss

Mots clés

Mots clés libres

Ammon

RJH

HORUS-3D

Transposition

Incertitudes

Covariances

Ammon

JHR

HORUS-3D

Transposition

Uncertainties

Covariances

Résumé

Le formulaire de calcul neutronique HORUS3D/N dédié au Réacteur Jules Horowitz (RJH), sert aux études de conception et de sûreté du réacteur. La maîtrise de l'ensemble des paramètres neutroniques du RJH doit être assurée pour l'instruction du rapport de sûreté de l'installation. Ce travail de recherche s'inscrit dans cet objectif et s'attache à la détermination, la maîtrise et la réduction des incertitudes dues aux données nucléaires sur la réactivité du Réacteur Jules Horowitz (RJH). Une démarche rigoureuse et générique a été mise en place : c'est un ensemble cohérent, complet et incrémental qui permet l'identification et la quantification de l'ensemble des sources d'incertitudes et qui a abouti à la maîtrise du biais et des incertitudes dus aux données nucléaires sur la réactivité du cas étudié : le Réacteur Jules Horowitz. Cette méthode est basée sur une succession d'études : l'élaboration d'un jeu de matrices de variance-covariance cohérentes concernant les données nucléaires des isotopes d'intérêt, les études de sensibilité aux données nucléaires de l'expérience et de l'application étudiées, la détermination fine des incertitudes technologiques par la mise en œuvre d'une méthode innovante une étude de transposition estimant le biais et l'incertitude a posteriori dus aux données nucléaires sur l'application étudiée. Les différentes étapes s'appuient sur les outils de calcul de référence du CEA (code de calcul Monte-Carlo TRIPOLI4, codes déterministes APOLLO2 et CRONOS2, code d'évaluation CONRAD), l'évaluation de données nucléaires JEFF-3.1.1 et des méthodes de propagation, marginalisation et de transposition des incertitudes. La propagation des incertitudes sur les données nucléaires contenues dans les matrices de variance-covariance conclut à une incertitude a priori de 637 pcm (1σ) sur la réactivité du RJH pour le combustible U3Si2Al enrichi à 19.75% en 235U. L'interprétation des mesures d'oscillation d'échantillons du programme VALMONT dans le réacteur MINERVE a permis la qualification des données nucléaires relatives au combustible du RJH de l'évaluation JEFF-3.1.1 et a mis en évidence la cohérence de leurs incertitudes. Ainsi, l'interprétation de la réactivité du cœur AMMON/Référence a été réalisée avec l'évaluation JEFF-3.1.1 (et le code de référence TRIPOLI4). Un écart calcul/expérience de +376 pcm est observé. Une étude fine de détermination des incertitudes sur la réactivité de la configuration de référence aboutit à 340 pcm (1σ) dues aux incertitudes technologiques et à 671 pcm (1σ) dues aux incertitudes sur les données nucléaires. La transposition du biais et des incertitudes de l'expérience AMMON/Référence est réalisable grâce à l'excellente représentativité de cette dernière vis-à-vis du RJH. La réduction d'un facteur 2 sur l'incertitude à appliquer sur la réactivité début de vie du RJH est ainsi obtenue, ce qui équivaut à un gain d'environ deux jours équivalents pleine puissance (1σ) sur la longueur de cycle. Ainsi, le biais et l'incertitude associée à retenir pour un combustible U3Si2Al enrichi à 19.75 % en 235U, et un cœur RJH critique non barré (réflecteur nu) en début de vie sont de +266 ± 352 pcm (1σ).

The neutronics calculation scheme HORUS3D/N is dedicated to the design and safety studies of the Jules Horowitz Reactor (JHR). The control of the whole neutronics parameters of the JHR must be ensured for the safety report. This work focuses in the determination and control of uncertainties on the reactivity of the Jules Horowitz reactor due to nuclear data. A rigorous and consistent method was used. It leads to the identification and quantification of the bias and the uncertainty bias due to nuclear data on the reactivity of the considered case: the Jules Horowitz Reactor. Several steps were followed: - the set-up of a reliable dataset of covariance matrices on nuclear data of the isotopes of interest, - the sensitivity studies to nuclear data of the representative experiment and the reactor, - an accurate determination of the technological uncertainties using an innovative method, - a transposition stage of the experimental bias and the associated uncertainty due to nuclear data using the representativity method applied to the JHR. These steps were performed using the CEA's reference calculation tools (Monte-Carlo calculation code TRIPOLI4, deterministic codes APOLLO2 and CRONOS2, evaluation code CONRAD), the European JEFF-3.1.1 nuclear data evaluation and a suitable set of uncertainty propagation, marginalization and transposition techniques. The propagation of uncertainties on nuclear data contained by the variance-covariance matrices concludes to a prior uncertainty of 637 pcm (1σ) on the JHR reactivity for U3Si2Al fuel enriched to 19.75% in 235U. The interpretation of the oscillations of the VALMONT program allowed the experimental validation of the JEFF-3.1.1 nuclear data concerning the JHR fuel and highlights the good agreement of their uncertainties Thus, the interpretation of the reactivity of the AMMON/Reference core was done with the JEFF-3.1.1 evaluation (and Monte-Carlo code TRIPOLI4) and shows a bias of + 376 pcm. A fine study of the technological uncertainties leads to a value of 340 pcm (1σ) on the reactivity and the propagation of the nuclear data uncertainties on the reactivity amounts to 671 pcm (1σ). Transposition and reduction of the bias and prior nuclear data uncertainty were made using the Representativity method which demonstrates the similarity of the AMMON experiment with JHR. The final impact of JEFF-3.1.1 nuclear data on the Begin of Life JHR reactivity calculated by the HORUS3D/N V4.0 (U3Si2Al fuel enriched to 19.75% in 235U) is a bias of +266 pcm with an associated posterior uncertainty of 352 pcm (1σ).