Une méthode d'homogénéisation dynamique pour les calculs de réacteurs nucléaires

A Dynamic Homogenization Method for Nuclear Reactor Core Calculations

• Auteur / Autrice : Antonio Galia
• Direction : Richard Sanchez
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergie nucléaire
• Date : Soutenance le 22/10/2020
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Particules, hadrons, énergie et noyau : instrumentation, imagerie, cosmos et simulation (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Transport Stochastique et Déterministe (Saclay, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Désesquelles
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Richard Sanchez, Piero Ravetto, Jean Ragusa, Sandra Dulla, Olga Mula Hernandez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Piero Ravetto, Jean Ragusa
• DOI : 10.70675/368abb98zfe04z493az9728z99403d333523

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrons -- Diffusion

Théorie du transport

Méthodes d'homogénéisation numérique

Mots clés libres

Calcul Coeur

Théorie d'Homogénéisation

Decomposition de domaine

HPC

Core Calculation

Homogenization Theory

Domain Decomposition

HPC

Résumé

Dans les calculs de réacteurs à trois dimensions, nombreuses techniques d'homogénéisation ont été développées pour l'utilisation du schéma de calcul classique à deux étapes, basé sur les sections efficaces homogénéisées au préalable et utilisées ensuite par interpolation pour un état physique donné.D'autre part, les schémas de calcul basées principalement sur les méthodes des caractéristiques, qui visent le calcul direct du réacteur sans homogénéisation, ont des performances encore limitées en raison des capacités des machines et font alors le recours à des solutions de transport simplifiées. Ce travail a pour objectif d'étudier une nouvelle approche dans laquelle l'homogénéisation dynamique est utilisée pourproduire le flux neutronique de pondération sur les modèles d'assemblage tridimensionnels. L'application de la méthode pour un calcul d'un REP en 3D est comparée aux résultats issus d'un calcul de référence numérique en transport 3D et d'un calcul classique à deux-étapes. La réalisation repose sur le calcul de haute performance et avec un haut niveau de parallélisme.

Three-dimensional deterministic core calculations are typically based on the classical two-step approach, where the homogenized cross sections of an assembly type are pre-calculated and then interpolated to the actual state in the reactor. The weighting flux used for cross-section homogenization is determined assuming the fundamental mode condition and using a critical-leakage modelthat does not account for the actual environment of an assembly. On the other hand, 3D direct transport calculations and the 2D/1D Fusion method, mostly based on the method of characteristics, have recently been applied showing excellent agreement with reference Monte-Carlo code, but still remaining computationally expensive for multiphysics applications and core depletioncalculations.In the present work, we propose a method of Dynamic Homogenization as an alternative technique for 3D core calculations, in the framework of domain decomposition method that can be massively parallelized. It consists of an iterative process between core and assembly calculationsthat preserves assembly exchanges. The main features of this approach are:i) cross-sections homogenization takes into account the environment of each assembly in the core;ii) the reflector can be homogenized with its realistic 2D geometry and its environment;iii) the method avoids expensive 3D transport calculations;iv) no “off-line” calculation and therefore v) no cross-section interpolation is required.The verification tests on 2D and 3D full core problems are presented applying several homogenization and equivalence techniques, comparing against direct 3D transport calculation. For this analysis, we solved the NEA “PWR MOX/UO2 Core Benchmark” problem, which is characterized by strong radial heterogeneities due to the presence of different types of UOx and MOx assemblies at different burnups. The obtained results show the advantages of the proposed method in terms of precision with respect to two-step and performances with respect to the direct approach.