Détermination expérimentale de la fonction de transfert du réacteur à puissance nulle CROCUS par modulation de réactivité

Experimental determination of the transfer function of the zero-power reactor CROCUS with reactivity modulation

• Auteur / Autrice : Yifeng Jiang
• Direction : Pierre Leconte
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides, procédés, énergétique
• Date : Soutenance le 21/10/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Programmes Expérimentaux et d'Essais LP2E. CEA Cadarache
• Jury : Président / Présidente : Elsa Merle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Adrien Bidaud, Gilles Ban
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Luc Lecouey, Paolo Vinai

Mots clés

Mots clés libres

Modulateur de réactivité

Expérience en réacteur

Paramètre cinétique de réacteur

Reactivity modulator

In-Core experiment

Reactor kinetic parameters

Résumé

Les paramètres cinétiques des réacteurs nucléaires décrivent le comportement cinétique des neutrons prompts et retardés par rapport à la fission, dans un modèle physique simplifié. Ce modèle est connu comme cinétique ponctuelle. La connaissance des paramètres cinétiques est essentielle pour le fonctionnement des réacteurs et l'analyse de sûreté. Les neutrons retardés émis par différents précurseurs sont conventionnellement rassemblés en un petit nombre de groupes. Il existe des différences entre la définition et les données dans les bibliothèques évaluées, ce qui entraîne des écarts dans les calculs. La détermination expérimentale des paramètres cinétiques contribue à améliorer la précision des outils de simulation et des données nucléaires évaluées.Cette thèse se concentre sur les expériences de modulation de réactivité mises en œuvre dans le réacteur de recherche à puissance nulle CROCUS pour la détermination de la fonction de transfert du réacteur. La fonction de transfert à puissance nulle est considérée comme une observable intégrale des paramètres cinétiques. Un nouveau dispositif expérimental a été conçu et fabriqué pour mesurer la fonction de transfert du réacteur par une modulation périodique de la réactivité du cœur. L'effet de modulation est généré par la variation du taux de réaction de capture des feuilles de cadmium. Il a été nécessaire d'étalonner l'effet en réactivité de PISTIL, ce qui a permis de déterminer l'amplitude de modulation de 4,415 -- pm 0,003 sim pcm. %(0,57 textcent par rapport aux paramètres cinétiques JEFF-3.3).Les expériences de modulation ont été réalisées dans deux configurations avec une fréquence fondamentale variable entre 1,64 mHz et 200 Hz. Un total de 135 phases et 94 amplitudes ont été produites. Les valeurs mesurées ont été comparées aux calculs effectués en utilisant les bibliothèques JEFF-3.3 et ENDF/B-VII.1. Les résultats montrent que JEFF-3.3 prédit plus précisément la cinétique des précurseurs de neutrons retardés, tandis que ENDF/B-VII.1 est en meilleur accord avec les expériences à des fréquences plus élevées.

The kinetic parameters of nuclear reactors describe the kinetic behavior of prompt and delayed neutrons with respect to the fission, within a simplified representation of the time-dependent reactor physics model known as point kinetics. The knowledge of theseparameters is essential to the operation of reactors and the safety analysis. The delayed neutrons emitted by different precursors are conventionally aggregated into a small number of groups. There are differences between the definition and data of the evaluated libraries, which leads to discrepancies in the calculations. The experimental determination of the kinetic parameters contributes to improve the accuracy of simulation tools and evaluated nuclear data used for industrial applications.This thesis focuses on the reactivity modulation experiments implemented in the zero power research reactor CROCUS for the determination of the transfer function of the reactor. The so-called zero-power transfer function is an integral observable of the kinetic parameters. A new experimental device was designed and manufactured to probe the reactor transfer function by a periodic modulation of the core reactivity. The modulation effect is generated by the variation of the capture reaction rate of cadmium foils.It was necessary to calibrate the reactivity worth of PISTIL, which allowed the determination of the modulation amplitude of 4.415 -- pm 0.003 sim pcm. %(0.57 textcent with respect to JEFF-3.3 kinetic parameters).Modulation experiments were conducted within two configurations with a variable fundamental frequency between 1.64 mHz and 200 Hz. A total of 135 phase and 94 amplitudes were produced. These mesured values were compared to computations of ZPTF using JEFF-3.3 and ENDF/B-VII.1 libraries. The results show that JEFF-3.3 predicts the kinetics of the delayed neutron precursor more accurately, while ENDF/B-VII.1 is in better agreement with the experiments at higher frequencies.